OSDN Git Service

* tlink.c (read_repo_files): Don't look for .rpo info for
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / md.texi
1 @c Copyright (C) 1988, 89, 92, 93, 94, 96, 1998, 2000 Free Software Foundation, Inc.
2 @c This is part of the GCC manual.
3 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
4
5 @ifset INTERNALS
6 @node Machine Desc
7 @chapter Machine Descriptions
8 @cindex machine descriptions
9
10 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
11 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
12
13 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
14 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
15 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
16 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
17 is inside a quoted string.
18
19 See the next chapter for information on the C header file.
20
21 @menu
22 * Patterns::            How to write instruction patterns.
23 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
24 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
25 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
26                           from such an insn.
27 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
28                           the assembler code.
29 * Constraints::         When not all operands are general operands.
30 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
31 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
32 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
33 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
34 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
35 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
36                           for a standard operation.
37 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
38 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
39 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
40 @end menu
41
42 @node Patterns
43 @section Everything about Instruction Patterns
44 @cindex patterns
45 @cindex instruction patterns
46
47 @findex define_insn
48 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
49 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
50 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
51 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
52
53 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
54
55 @enumerate
56 @item
57 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
58 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
59 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
60 the instruction patterns with those names, if the names are defined
61 in the machine description.
62
63 The absence of a name is indicated by writing an empty string
64 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
65 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
66 to be combined later on.
67
68 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
69 effect; they are equivalent to no name at all.
70
71 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
72 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
73 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
74 to having a nameless pattern for all other purposes.
75
76 @item
77 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
78 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
79 incomplete because it may contain @code{match_operand},
80 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
81 operands of the instruction.
82
83 If the vector has only one element, that element is the template for the
84 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
85 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
86 elements described.
87
88 @item
89 @cindex pattern conditions
90 @cindex conditions, in patterns
91 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
92 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
93
94 @cindex named patterns and conditions
95 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
96 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
97 flags.  The compiler needs to test these conditions during
98 initialization in order to learn exactly which named instructions are
99 available in a particular run.
100
101 @findex operands
102 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
103 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
104 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
105 @code{operands}.
106
107 @item
108 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
109 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
110 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
111
112 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
113 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
114
115 @item
116 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
117 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
118 @end enumerate
119
120 @node Example
121 @section Example of @code{define_insn}
122 @cindex @code{define_insn} example
123
124 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
125
126 @example
127 (define_insn "tstsi"
128   [(set (cc0)
129         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
130   ""
131   "*
132 @{ if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
133     return \"tstl %0\";
134   return \"cmpl #0,%0\"; @}")
135 @end example
136
137 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
138 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
139 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
140 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
141 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
142 can be constructed using this pattern.
143
144 The output control string is a piece of C code which chooses which
145 output template to return based on the kind of operand and the specific
146 type of CPU for which code is being generated.
147
148 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
149
150 @node RTL Template
151 @section RTL Template
152 @cindex RTL insn template
153 @cindex generating insns
154 @cindex insns, generating
155 @cindex recognizing insns
156 @cindex insns, recognizing
157
158 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
159 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
160 says how to construct an insn from specified operands.
161
162 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
163 template.  Matching involves determining the values that serve as the
164 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
165 controlled by special expression types that direct matching and
166 substitution of the operands.
167
168 @table @code
169 @findex match_operand
170 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
171 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
172 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
173 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
174 appears at this position in the insn will be taken as operand
175 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
176 pattern will not match at all.
177
178 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
179 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
180 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
181 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
182 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
183 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
184 other operand numbers.
185
186 @var{predicate} is a string that is the name of a C function that accepts two
187 arguments, an expression and a machine mode.  During matching, the
188 function will be called with the putative operand as the expression and
189 @var{m} as the mode argument (if @var{m} is not specified,
190 @code{VOIDmode} will be used, which normally causes @var{predicate} to accept
191 any mode).  If it returns zero, this instruction pattern fails to match.
192 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be done
193 on the operand, so anything which occurs in this position is valid.
194
195 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
196 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
197 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
198 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
199 @code{VOIDmode}.
200
201 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
202 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
203
204 People are often unclear on the difference between the constraint and the
205 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
206 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
207 controls various decisions in the case of an insn which does match.
208
209 @findex general_operand
210 On CISC machines, the most common @var{predicate} is
211 @code{"general_operand"}.  This function checks that the putative
212 operand is either a constant, a register or a memory reference, and that
213 it is valid for mode @var{m}.
214
215 @findex register_operand
216 For an operand that must be a register, @var{predicate} should be
217 @code{"register_operand"}.  Using @code{"general_operand"} would be
218 valid, since the reload pass would copy any non-register operands
219 through registers, but this would make GNU CC do extra work, it would
220 prevent invariant operands (such as constant) from being removed from
221 loops, and it would prevent the register allocator from doing the best
222 possible job.  On RISC machines, it is usually most efficient to allow
223 @var{predicate} to accept only objects that the constraints allow.
224
225 @findex immediate_operand
226 For an operand that must be a constant, you must be sure to either use
227 @code{"immediate_operand"} for @var{predicate}, or make the instruction
228 pattern's extra condition require a constant, or both.  You cannot
229 expect the constraints to do this work!  If the constraints allow only
230 constants, but the predicate allows something else, the compiler will
231 crash when that case arises.
232
233 @findex match_scratch
234 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
235 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
236 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
237 expression.
238
239 When matching patterns, this is equivalent to
240
241 @smallexample
242 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
243 @end smallexample
244
245 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
246 expression.
247
248 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
249 expressions whose operands are either a hard register or
250 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
251 necessary.  @xref{Side Effects}.
252
253 @findex match_dup
254 @item (match_dup @var{n})
255 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
256 It is used when the operand needs to appear more than once in the
257 insn.
258
259 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
260 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
261 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
262 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
263 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
264 identical-looking expression.
265
266 @findex match_operator
267 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
268 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
269 code.
270
271 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
272 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
273 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
274
275 When matching an expression, it matches an expression if the function
276 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
277 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
278
279 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
280 follows, to match any expression whose operator is one of the
281 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
282
283 @smallexample
284 int
285 commutative_operator (x, mode)
286      rtx x;
287      enum machine_mode mode;
288 @{
289   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
290   if (GET_MODE (x) != mode)
291     return 0;
292   return (GET_RTX_CLASS (code) == 'c'
293           || code == EQ || code == NE);
294 @}
295 @end smallexample
296
297 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
298 of a commutative operator applied to two general operands:
299
300 @smallexample
301 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
302   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
303    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
304 @end smallexample
305
306 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
307 because the expressions to be matched all contain two operands.
308
309 When this pattern does match, the two operands of the commutative
310 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
311 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
312 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
313 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
314
315 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
316 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
317 predicate function, and that function is solely responsible for
318 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
319
320 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
321 the operation (i.e. the expression code) for the expression to be
322 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
323 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
324 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
325 only its expression code matters.
326
327 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
328 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
329 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
330 register allocation because the register allocator often looks at
331 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
332
333 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
334 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
335 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
336 However, if parts of its @var{operands} are matched by
337 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
338 their own.
339
340 @findex match_op_dup
341 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
342 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
343 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
344 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
345 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
346 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
347 recognition template, and it matches only an identical-looking
348 expression.
349
350 @findex match_parallel
351 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
352 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
353 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
354 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
355
356 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
357 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
358 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
359 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
360 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
361 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
362 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
363 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
364 those listed in the @code{match_parallel}.@refill
365
366 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
367 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
368 in a @code{parallel}.  For example,
369 @c the following is *still* going over.  need to change the code.
370 @c also need to work on grouping of this example.  --mew 1feb93
371
372 @smallexample
373 (define_insn ""
374   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
375      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
376            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
377       (use (reg:SI 179))
378       (clobber (reg:SI 179))])]
379   ""
380   "loadm 0,0,%1,%2")
381 @end smallexample
382
383 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
384 @code{load_multiple_operations} is defined in @file{a29k.c} and checks
385 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
386 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
387 registers and memory locations.
388
389 An insn that matches this pattern might look like:
390
391 @smallexample
392 (parallel
393  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
394   (use (reg:SI 179))
395   (clobber (reg:SI 179))
396   (set (reg:SI 21)
397        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
398                         (const_int 4))))
399   (set (reg:SI 22)
400        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
401                         (const_int 8))))])
402 @end smallexample
403
404 @findex match_par_dup
405 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
406 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
407 @code{match_operator}.
408
409 @findex match_insn
410 @item (match_insn @var{predicate})
411 Match a complete insn.  Unlike the other @code{match_*} recognizers,
412 @code{match_insn} does not take an operand number.
413
414 The machine mode @var{m} of @code{match_insn} works like that of
415 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
416 predicate function, and that function is solely responsible for
417 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
418
419 @findex match_insn2
420 @item (match_insn2 @var{n} @var{predicate})
421 Match a complete insn.
422
423 The machine mode @var{m} of @code{match_insn2} works like that of
424 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
425 predicate function, and that function is solely responsible for
426 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
427
428 @end table
429
430 @node Output Template
431 @section Output Templates and Operand Substitution
432 @cindex output templates
433 @cindex operand substitution
434
435 @cindex @samp{%} in template
436 @cindex percent sign
437 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
438 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
439 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
440 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
441 identify places where different variants of the assembler require
442 different syntax.
443
444 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
445 operand @var{n} at that point in the string.
446
447 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
448 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
449 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
450 additional letters with nonstandard meanings.
451
452 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
453 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
454 operand.
455
456 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
457 the constant is negated before printing.
458
459 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
460 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
461 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
462 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
463 as if it were a memory reference.
464
465 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
466 instruction.
467
468 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
469 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
470 referred to more than once in a single template that generates multiple
471 assembler instructions.
472
473 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
474 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
475 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
476 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
477 which punctuation characters are valid with the
478 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
479
480 @cindex \
481 @cindex backslash
482 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
483 for the instructions, with @samp{\;} between them.
484
485 @cindex matching operands
486 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
487 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
488 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
489 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
490 operand.
491
492 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
493 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
494 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
495 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
496 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
497 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
498 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
499 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
500 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
501 it to do nothing.
502
503 @cindex @code{#} in template
504 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
505 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
506 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
507 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
508 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
509 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
510 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
511 instructions.
512
513 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
514 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
515 describe multiple variants of assembler language syntax.
516 @xref{Instruction Output}.
517
518 @node Output Statement
519 @section C Statements for Assembler Output
520 @cindex output statements
521 @cindex C statements for assembler output
522 @cindex generating assembler output
523
524 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
525 assembler code for all the cases that are recognized by a single
526 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
527 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
528 machine instructions.
529
530 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
531 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
532 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
533 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
534 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
535 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
536 might write this pattern:
537
538 @smallexample
539 (define_insn "addsi3"
540   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
541         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
542                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
543   ""
544   "@@
545    addr %2,%0
546    addm %2,%0")
547 @end smallexample
548
549 @cindex @code{*} in template
550 @cindex asterisk in template
551 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
552 output template but rather a piece of C program that should compute a
553 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
554 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
555 require doublequote characters to delimit them.  To include these
556 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
557
558 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
559 is @code{rtx []}.
560
561 It is very common to select different ways of generating assembler code
562 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
563 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
564 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
565 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
566 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
567 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
568 values of those bits.
569
570 @findex output_asm_insn
571 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
572 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
573 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
574 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
575 that you declare locally and initialize yourself.
576
577 @findex which_alternative
578 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
579 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
580 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
581 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
582 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
583 etc.).
584
585 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
586 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
587 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
588
589 @smallexample
590 (define_insn ""
591   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
592         (const_int 0))]
593   ""
594   "*
595   return (which_alternative == 0
596           ? \"clrreg %0\" : \"clrmem %0\");
597   ")
598 @end smallexample
599
600 The example above, where the assembler code to generate was
601 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
602 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
603
604 @smallexample
605 @group
606 (define_insn ""
607   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
608         (const_int 0))]
609   ""
610   "@@
611    clrreg %0
612    clrmem %0")
613 @end group
614 @end smallexample
615 @end ifset
616
617 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
618 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the full
619 @c manual's context are conditionalized to appear only in the full manual.
620 @ifset INTERNALS
621 @node Constraints
622 @section Operand Constraints
623 @cindex operand constraints
624 @cindex constraints
625
626 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify a
627 constraint for the type of operands allowed.
628 @end ifset
629 @ifclear INTERNALS
630 @node Constraints
631 @section Constraints for @code{asm} Operands
632 @cindex operand constraints, @code{asm}
633 @cindex constraints, @code{asm}
634 @cindex @code{asm} constraints
635
636 Here are specific details on what constraint letters you can use with
637 @code{asm} operands.
638 @end ifclear
639 Constraints can say whether
640 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
641 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
642 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
643 have.  Constraints can also require two operands to match.
644
645 @ifset INTERNALS
646 @menu
647 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
648 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
649 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
650 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
651 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
652 @end menu
653 @end ifset
654
655 @ifclear INTERNALS
656 @menu
657 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
658 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
659 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
660 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
661 @end menu
662 @end ifclear
663
664 @node Simple Constraints
665 @subsection Simple Constraints
666 @cindex simple constraints
667
668 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
669 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
670 the letters that are allowed:
671
672 @table @asis
673 @item whitespace
674 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
675 except the first.  This enables each alternative for different operands to
676 be visually aligned in the machine description even if they have different
677 number of constraints and modifiers.
678
679 @cindex @samp{m} in constraint
680 @cindex memory references in constraints
681 @item @samp{m}
682 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
683 supports in general.
684
685 @cindex offsettable address
686 @cindex @samp{o} in constraint
687 @item @samp{o}
688 A memory operand is allowed, but only if the address is
689 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
690 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
691 may be added to the address and the result is also a valid memory
692 address.
693
694 @cindex autoincrement/decrement addressing
695 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
696 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
697 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
698 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
699 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
700 addresses may or may not be offsettable depending on the other
701 addressing modes that the machine supports.
702
703 Note that in an output operand which can be matched by another
704 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
705 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
706 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
707
708 @cindex @samp{V} in constraint
709 @item @samp{V}
710 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
711 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
712
713 @cindex @samp{<} in constraint
714 @item @samp{<}
715 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
716 postdecrement) is allowed.
717
718 @cindex @samp{>} in constraint
719 @item @samp{>}
720 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
721 postincrement) is allowed.
722
723 @cindex @samp{r} in constraint
724 @cindex registers in constraints
725 @item @samp{r}
726 A register operand is allowed provided that it is in a general
727 register.
728
729 @cindex @samp{d} in constraint
730 @item @samp{d}, @samp{a}, @samp{f}, @dots{}
731 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
732 particular classes of registers.  @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are
733 defined on the 68000/68020 to stand for data, address and floating
734 point registers.
735
736 @cindex constants in constraints
737 @cindex @samp{i} in constraint
738 @item @samp{i}
739 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
740 This includes symbolic constants whose values will be known only at
741 assembly time.
742
743 @cindex @samp{n} in constraint
744 @item @samp{n}
745 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
746 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
747 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
748 rather than @samp{i}.
749
750 @cindex @samp{I} in constraint
751 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
752 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
753 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
754 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
755 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
756 This is the range permitted as a shift count in the shift
757 instructions.
758
759 @cindex @samp{E} in constraint
760 @item @samp{E}
761 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
762 allowed, but only if the target floating point format is the same as
763 that of the host machine (on which the compiler is running).
764
765 @cindex @samp{F} in constraint
766 @item @samp{F}
767 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
768 allowed.
769
770 @cindex @samp{G} in constraint
771 @cindex @samp{H} in constraint
772 @item @samp{G}, @samp{H}
773 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
774 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
775
776 @cindex @samp{s} in constraint
777 @item @samp{s}
778 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
779 allowed.
780
781 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
782 value not known at compile time, it certainly must allow any known
783 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
784 better code to be generated.
785
786 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
787 use an immediate operand; but if the immediate value is between -128
788 and 127, better code results from loading the value into a register and
789 using the register.  This is because the load into the register can be
790 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
791 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
792 range -128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
793 constraints.
794
795 @cindex @samp{g} in constraint
796 @item @samp{g}
797 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
798 registers that are not general registers.
799
800 @cindex @samp{X} in constraint
801 @item @samp{X}
802 @ifset INTERNALS
803 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
804 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
805 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
806 require a scratch register.
807 @end ifset
808 @ifclear INTERNALS
809 Any operand whatsoever is allowed.
810 @end ifclear
811
812 @cindex @samp{0} in constraint
813 @cindex digits in constraint
814 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
815 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
816 digit is used together with letters within the same alternative, the
817 digit should come last.
818
819 @cindex matching constraint
820 @cindex constraint, matching
821 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
822 that the assembler has only a single operand that fills two roles
823 @ifset INTERNALS
824 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
825 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
826 @end ifset
827 @ifclear INTERNALS
828 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
829 two input operands and an output operand, but on most CISC
830 @end ifclear
831 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
832 input-output operand:
833
834 @smallexample
835 addl #35,r12
836 @end smallexample
837
838 Matching constraints are used in these circumstances.
839 More precisely, the two operands that match must include one input-only
840 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
841 smaller number than the number of the operand that uses it in the
842 constraint.
843
844 @ifset INTERNALS
845 For operands to match in a particular case usually means that they
846 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
847 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
848 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
849 For proper results in such cases, the output template should always
850 use the output-operand's number when printing the operand.
851 @end ifset
852
853 @cindex load address instruction
854 @cindex push address instruction
855 @cindex address constraints
856 @cindex @samp{p} in constraint
857 @item @samp{p}
858 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
859 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
860
861 @findex address_operand
862 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
863 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
864 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
865 reference for which the address would be valid.
866
867 @cindex extensible constraints
868 @cindex @samp{Q}, in constraint
869 @item @samp{Q}, @samp{R}, @samp{S}, @dots{} @samp{U}
870 Letters in the range @samp{Q} through @samp{U} may be defined in a
871 machine-dependent fashion to stand for arbitrary operand types.
872 @ifset INTERNALS
873 The machine description macro @code{EXTRA_CONSTRAINT} is passed the
874 operand as its first argument and the constraint letter as its
875 second operand.
876
877 A typical use for this would be to distinguish certain types of
878 memory references that affect other insn operands.
879
880 Do not define these constraint letters to accept register references
881 (@code{reg}); the reload pass does not expect this and would not handle
882 it properly.
883 @end ifset
884 @end table
885
886 @ifset INTERNALS
887 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
888 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
889 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
890 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
891 done by copying an operand into a register.
892
893 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
894
895 @smallexample
896 (define_insn ""
897   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
898         (plus:SI (match_dup 0)
899                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
900   ""
901   "@dots{}")
902 @end smallexample
903
904 @noindent
905 which has two operands, one of which must appear in two places, and
906
907 @smallexample
908 (define_insn ""
909   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
910         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
911                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
912   ""
913   "@dots{}")
914 @end smallexample
915
916 @noindent
917 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
918 identical.  If we are considering an insn of the form
919
920 @smallexample
921 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
922   (set (reg:SI 3)
923        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
924   @dots{})
925 @end smallexample
926
927 @noindent
928 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
929 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
930 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns.''
931 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
932 is something wrong with it.''  It would direct the reload pass of the
933 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
934 results might look like this:
935
936 @smallexample
937 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
938   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
939   @dots{})
940
941 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
942   (set (reg:SI 3)
943        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
944   @dots{})
945 @end smallexample
946
947 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
948 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
949 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
950 for each possible combination of operand expressions, have at least one
951 alternative which can handle that combination of operands.)  The
952 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
953 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
954 reloading any possible operand so that it will fit.
955
956 @itemize @bullet
957 @item
958 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
959 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
960
961 For example, an operand whose constraints permit everything except
962 registers is safe provided its predicate rejects registers.
963
964 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
965 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
966 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
967 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
968 more selective.
969
970 @item
971 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
972 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
973 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
974 compiler knows how to copy a register into another register of the
975 proper class in order to make an instruction valid.
976
977 @cindex nonoffsettable memory reference
978 @cindex memory reference, nonoffsettable
979 @item
980 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
981 address into a register.  So if the constraint uses the letter
982 @samp{o}, all memory references are taken care of.
983
984 @item
985 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
986 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
987 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
988 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
989
990 @item
991 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
992 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
993 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
994 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
995 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
996 objects allowed by the constraint.
997 @end itemize
998
999 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1000 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1001 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1002 how to copy a register temporarily into memory.
1003
1004 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1005 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1006 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1007 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1008 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1009 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1010 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1011 @code{sign_extend}.
1012 @end ifset
1013
1014 @node Multi-Alternative
1015 @subsection Multiple Alternative Constraints
1016 @cindex multiple alternative constraints
1017
1018 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1019 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1020 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1021 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1022 another.
1023
1024 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1025 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1026 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1027 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1028 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1029 @ifset INTERNALS
1030 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1031
1032 @smallexample
1033 (define_insn "iorsi3"
1034   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1035         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1036                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1037   @dots{})
1038 @end smallexample
1039
1040 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1041 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1042 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1043 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1044 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1045 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1046 @end ifset
1047
1048 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1049 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1050 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1051 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1052 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1053 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1054 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1055
1056 @table @code
1057 @cindex @samp{?} in constraint
1058 @cindex question mark
1059 @item ?
1060 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1061 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1062 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1063 in it.
1064
1065 @cindex @samp{!} in constraint
1066 @cindex exclamation point
1067 @item !
1068 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1069 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1070 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1071 @end table
1072
1073 @ifset INTERNALS
1074 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1075 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1076 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1077 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1078 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1079 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1080 @end ifset
1081
1082 @ifset INTERNALS
1083 @node Class Preferences
1084 @subsection Register Class Preferences
1085 @cindex class preference constraints
1086 @cindex register class preference constraints
1087
1088 @cindex voting between constraint alternatives
1089 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1090 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1091 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1092 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1093 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1094 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1095 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1096 favor of a general register.  The machine description says which registers
1097 are considered general.
1098
1099 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1100 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1101 @end ifset
1102
1103 @node Modifiers
1104 @subsection Constraint Modifier Characters
1105 @cindex modifiers in constraints
1106 @cindex constraint modifier characters
1107
1108 @c prevent bad page break with this line
1109 Here are constraint modifier characters.
1110
1111 @table @samp
1112 @cindex @samp{=} in constraint
1113 @item =
1114 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1115 value is discarded and replaced by output data.
1116
1117 @cindex @samp{+} in constraint
1118 @item +
1119 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1120
1121 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1122 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1123 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1124 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1125 are assumed to be input only.
1126
1127 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1128 first character of the constraint string.
1129
1130 @cindex @samp{&} in constraint
1131 @cindex earlyclobber operand
1132 @item &
1133 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1134 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1135 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1136 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1137 address.
1138
1139 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1140 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1141 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1142 @samp{movdf} insn of the 68000.
1143
1144 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only 
1145 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1146 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1147 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber. 
1148 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM.
1149
1150 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1151
1152 @cindex @samp{%} in constraint
1153 @item %
1154 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1155 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1156 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1157 constraints.
1158 @ifset INTERNALS
1159 This is often used in patterns for addition instructions
1160 that really have only two operands: the result must go in one of the
1161 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1162 instruction is defined:
1163
1164 @smallexample
1165 (define_insn "addhi3"
1166   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1167      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1168               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1169   @dots{})
1170 @end smallexample
1171 @end ifset
1172
1173 @cindex @samp{#} in constraint
1174 @item #
1175 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1176 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1177 register preferences.
1178
1179 @ifset INTERNALS
1180 @cindex @samp{*} in constraint
1181 @item *
1182 Says that the following character should be ignored when choosing
1183 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1184 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1185
1186 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1187 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1188 copying it into an address register.  While either kind of register is
1189 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1190 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1191 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1192 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1193 register preferences.
1194
1195 @smallexample
1196 (define_insn "extendhisi2"
1197   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1198         (sign_extend:SI
1199          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1200   @dots{})
1201 @end smallexample
1202 @end ifset
1203 @end table
1204
1205 @node Machine Constraints
1206 @subsection Constraints for Particular Machines
1207 @cindex machine specific constraints
1208 @cindex constraints, machine specific
1209
1210 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1211 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1212 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1213 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1214 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1215 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1216 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1217 immediate-constant format.
1218
1219 For each machine architecture, the @file{config/@var{machine}.h} file
1220 defines additional constraints.  These constraints are used by the
1221 compiler itself for instruction generation, as well as for @code{asm}
1222 statements; therefore, some of the constraints are not particularly
1223 interesting for @code{asm}.  The constraints are defined through these
1224 macros:
1225
1226 @table @code
1227 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1228 Register class constraints (usually lower case).
1229
1230 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1231 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1232 word size or smaller precision (usually upper case).
1233
1234 @item CONST_DOUBLE_OK_FOR_LETTER_P
1235 Immediate constant constraints, for all floating point constants and for
1236 constants of greater than word size precision (usually upper case).
1237
1238 @item EXTRA_CONSTRAINT
1239 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1240 is only defined for some machines.
1241 @end table
1242
1243 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1244 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1245 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1246 available on some particular machines.
1247
1248 @table @emph
1249 @item ARM family---@file{arm.h}
1250 @table @code
1251 @item f
1252 Floating-point register
1253
1254 @item F
1255 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1256 or 10.0
1257
1258 @item G
1259 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1260 were negated
1261
1262 @item I
1263 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1264 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1265 multiple of 2
1266
1267 @item J
1268 Integer in the range -4095 to 4095
1269
1270 @item K
1271 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1272
1273 @item L
1274 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1275
1276 @item M
1277 Integer in the range 0 to 32
1278
1279 @item Q
1280 A memory reference where the exact address is in a single register
1281 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1282
1283 @item R
1284 An item in the constant pool
1285
1286 @item S
1287 A symbol in the text segment of the current file
1288 @end table
1289
1290 @item AMD 29000 family---@file{a29k.h}
1291 @table @code
1292 @item l
1293 Local register 0
1294
1295 @item b
1296 Byte Pointer (@samp{BP}) register
1297
1298 @item q
1299 @samp{Q} register
1300
1301 @item h
1302 Special purpose register
1303
1304 @item A
1305 First accumulator register
1306
1307 @item a
1308 Other accumulator register
1309
1310 @item f
1311 Floating point register
1312
1313 @item I
1314 Constant greater than 0, less than 0x100
1315
1316 @item J
1317 Constant greater than 0, less than 0x10000
1318
1319 @item K
1320 Constant whose high 24 bits are on (1)
1321
1322 @item L
1323 16 bit constant whose high 8 bits are on (1)
1324
1325 @item M
1326 32 bit constant whose high 16 bits are on (1)
1327
1328 @item N
1329 32 bit negative constant that fits in 8 bits
1330
1331 @item O
1332 The constant 0x80000000 or, on the 29050, any 32 bit constant
1333 whose low 16 bits are 0.
1334
1335 @item P
1336 16 bit negative constant that fits in 8 bits
1337
1338 @item G
1339 @itemx H
1340 A floating point constant (in @code{asm} statements, use the machine
1341 independent @samp{E} or @samp{F} instead)
1342 @end table
1343
1344 @item AVR family---@file{avr.h}
1345 @table @code
1346 @item l
1347 Registers from r0 to r15
1348
1349 @item a
1350 Registers from r16 to r23
1351
1352 @item d
1353 Registers from r16 to r31
1354
1355 @item w
1356 Register from r24 to r31. This registers can be used in @samp{addw} command
1357
1358 @item e
1359 Pointer register (r26 - r31)
1360
1361 @item b
1362 Base pointer register (r28 - r31)
1363
1364 @item t
1365 Temporary register r0
1366
1367 @item x
1368 Register pair X (r27:r26)
1369
1370 @item y
1371 Register pair Y (r29:r28)
1372
1373 @item z
1374 Register pair Z (r31:r30)
1375
1376 @item I
1377 Constant greater than -1, less than 64
1378
1379 @item J
1380 Constant greater than -64, less than 1
1381
1382 @item K
1383 Constant integer 2
1384
1385 @item L
1386 Constant integer 0
1387
1388 @item M
1389 Constant that fits in 8 bits
1390
1391 @item N
1392 Constant integer -1
1393
1394 @item O
1395 Constant integer 8
1396
1397 @item P
1398 Constant integer 1
1399
1400 @item G
1401 A floating point constant 0.0
1402 @end table
1403
1404 @item IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1405 @table @code
1406 @item b
1407 Address base register
1408
1409 @item f
1410 Floating point register
1411
1412 @item h
1413 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1414
1415 @item q
1416 @samp{MQ} register
1417
1418 @item c
1419 @samp{CTR} register
1420
1421 @item l
1422 @samp{LINK} register
1423
1424 @item x
1425 @samp{CR} register (condition register) number 0
1426
1427 @item y
1428 @samp{CR} register (condition register)
1429
1430 @item z
1431 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1432
1433 @item I
1434 Signed 16 bit constant
1435
1436 @item J
1437 Unsigned 16 bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for 
1438 @code{SImode} constants)
1439
1440 @item K
1441 Unsigned 16 bit constant
1442
1443 @item L
1444 Signed 16 bit constant shifted left 16 bits
1445
1446 @item M
1447 Constant larger than 31
1448
1449 @item N
1450 Exact power of 2
1451
1452 @item O
1453 Zero
1454
1455 @item P
1456 Constant whose negation is a signed 16 bit constant
1457
1458 @item G
1459 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1460 instruction per word
1461
1462 @item Q
1463 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1464 for @code{asm} statements)
1465
1466 @item R
1467 AIX TOC entry
1468
1469 @item S
1470 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1471
1472 @item T
1473 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1474
1475 @item U
1476 System V Release 4 small data area reference
1477 @end table
1478
1479 @item Intel 386---@file{i386.h}
1480 @table @code
1481 @item q
1482 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register
1483
1484 @item A
1485 @samp{a}, or @code{d} register (for 64-bit ints)
1486
1487 @item f
1488 Floating point register
1489
1490 @item t
1491 First (top of stack) floating point register
1492
1493 @item u
1494 Second floating point register
1495
1496 @item a
1497 @samp{a} register
1498
1499 @item b
1500 @samp{b} register
1501
1502 @item c
1503 @samp{c} register
1504
1505 @item d
1506 @samp{d} register
1507
1508 @item D
1509 @samp{di} register
1510
1511 @item S
1512 @samp{si} register
1513
1514 @item I
1515 Constant in range 0 to 31 (for 32 bit shifts)
1516
1517 @item J
1518 Constant in range 0 to 63 (for 64 bit shifts)
1519
1520 @item K
1521 @samp{0xff}
1522
1523 @item L
1524 @samp{0xffff}
1525
1526 @item M
1527 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1528
1529 @item N
1530 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1531
1532 @item G
1533 Standard 80387 floating point constant
1534 @end table
1535
1536 @item Intel 960---@file{i960.h}
1537 @table @code
1538 @item f
1539 Floating point register (@code{fp0} to @code{fp3})
1540
1541 @item l
1542 Local register (@code{r0} to @code{r15})
1543
1544 @item b
1545 Global register (@code{g0} to @code{g15})
1546
1547 @item d
1548 Any local or global register
1549
1550 @item I
1551 Integers from 0 to 31
1552
1553 @item J
1554 0
1555
1556 @item K
1557 Integers from -31 to 0
1558
1559 @item G
1560 Floating point 0
1561
1562 @item H
1563 Floating point 1
1564 @end table
1565
1566 @item MIPS---@file{mips.h}
1567 @table @code
1568 @item d
1569 General-purpose integer register
1570
1571 @item f
1572 Floating-point register (if available)
1573
1574 @item h
1575 @samp{Hi} register
1576
1577 @item l
1578 @samp{Lo} register
1579
1580 @item x
1581 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
1582
1583 @item y
1584 General-purpose integer register
1585
1586 @item z
1587 Floating-point status register
1588
1589 @item I
1590 Signed 16 bit constant (for arithmetic instructions)
1591
1592 @item J
1593 Zero
1594
1595 @item K
1596 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
1597
1598 @item L
1599 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
1600
1601 @item M
1602 32 bit constant which requires two instructions to load (a constant
1603 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
1604
1605 @item N
1606 Negative 16 bit constant
1607
1608 @item O
1609 Exact power of two
1610
1611 @item P
1612 Positive 16 bit constant
1613
1614 @item G
1615 Floating point zero
1616
1617 @item Q
1618 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
1619 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1620
1621 @item R
1622 Memory reference that can be loaded with one instruction
1623 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1624
1625 @item S
1626 Memory reference in external OSF/rose PIC format
1627 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1628 @end table
1629
1630 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
1631 @table @code
1632 @item a
1633 Address register
1634
1635 @item d
1636 Data register
1637
1638 @item f
1639 68881 floating-point register, if available
1640
1641 @item x
1642 Sun FPA (floating-point) register, if available
1643
1644 @item y
1645 First 16 Sun FPA registers, if available
1646
1647 @item I
1648 Integer in the range 1 to 8
1649
1650 @item J
1651 16 bit signed number
1652
1653 @item K
1654 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
1655
1656 @item L
1657 Integer in the range -8 to -1
1658
1659 @item M
1660 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
1661
1662 @item G
1663 Floating point constant that is not a 68881 constant
1664
1665 @item H
1666 Floating point constant that can be used by Sun FPA
1667 @end table
1668
1669 @need 1000
1670 @item SPARC---@file{sparc.h}
1671 @table @code
1672 @item f
1673 Floating-point register that can hold 32 or 64 bit values.
1674
1675 @item e
1676 Floating-point register that can hold 64 or 128 bit values.
1677
1678 @item I
1679 Signed 13 bit constant
1680
1681 @item J
1682 Zero
1683
1684 @item K
1685 32 bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
1686 loaded with the @code{sethi} instruction)
1687
1688 @item G
1689 Floating-point zero
1690
1691 @item H
1692 Signed 13 bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
1693
1694 @item Q
1695 Floating-point constant whose integral representation can
1696 be moved into an integer register using a single sethi
1697 instruction
1698
1699 @item R
1700 Floating-point constant whose integral representation can
1701 be moved into an integer register using a single mov
1702 instruction
1703
1704 @item S
1705 Floating-point constant whose integral representation can
1706 be moved into an integer register using a high/lo_sum
1707 instruction sequence
1708
1709 @item T
1710 Memory address aligned to an 8-byte boundary
1711
1712 @item U
1713 Even register
1714
1715 @end table
1716
1717 @item TMS320C3x/C4x---@file{c4x.h}
1718 @table @code
1719 @item a
1720 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
1721
1722 @item b
1723 Stack pointer register (sp)
1724
1725 @item c
1726 Standard (32 bit) precision integer register
1727
1728 @item f
1729 Extended (40 bit) precision register (r0-r11)
1730
1731 @item k
1732 Block count register (bk)
1733
1734 @item q
1735 Extended (40 bit) precision low register (r0-r7)
1736
1737 @item t
1738 Extended (40 bit) precision register (r0-r1)
1739
1740 @item u
1741 Extended (40 bit) precision register (r2-r3)
1742
1743 @item v
1744 Repeat count register (rc)
1745
1746 @item x
1747 Index register (ir0-ir1)
1748
1749 @item y
1750 Status (condition code) register (st)
1751
1752 @item z
1753 Data page register (dp)
1754
1755 @item G
1756 Floating-point zero
1757
1758 @item H
1759 Immediate 16 bit floating-point constant
1760
1761 @item I
1762 Signed 16 bit constant
1763
1764 @item J
1765 Signed 8 bit constant
1766
1767 @item K
1768 Signed 5 bit constant
1769
1770 @item L
1771 Unsigned 16 bit constant
1772
1773 @item M
1774 Unsigned 8 bit constant
1775
1776 @item N
1777 Ones complement of unsigned 16 bit constant
1778
1779 @item O
1780 High 16 bit constant (32 bit constant with 16 LSBs zero)
1781
1782 @item Q
1783 Indirect memory reference with signed 8 bit or index register displacement 
1784
1785 @item R
1786 Indirect memory reference with unsigned 5 bit displacement
1787
1788 @item S
1789 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement 
1790
1791 @item T
1792 Direct memory reference
1793
1794 @item U
1795 Symbolic address
1796
1797 @end table
1798 @end table
1799
1800 @ifset INTERNALS
1801 @node Standard Names
1802 @section Standard Pattern Names For Generation
1803 @cindex standard pattern names
1804 @cindex pattern names
1805 @cindex names, pattern
1806
1807 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
1808 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
1809 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
1810 pattern to accomplish a certain task.
1811
1812 @table @asis
1813 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
1814 @item @samp{mov@var{m}}
1815 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lower case.
1816 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
1817 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
1818
1819 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
1820 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
1821 to store the specified value in the part of the register that corresponds
1822 to mode @var{m}.  The effect on the rest of the register is undefined.
1823
1824 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
1825 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
1826 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
1827 If there are patterns accepting operands in larger modes,
1828 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
1829
1830 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
1831 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
1832 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
1833 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
1834 into a register.
1835
1836 @findex force_reg
1837 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
1838 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
1839 registers other than the operands.  For example, if you support the
1840 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
1841 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
1842 function which might generate new pseudo registers.
1843
1844 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
1845 fetching those modes from memory normally requires several insns and
1846 some temporary registers.  Look in @file{spur.md} to see how the
1847 requirement can be satisfied.
1848
1849 @findex change_address
1850 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
1851 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
1852 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
1853 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
1854 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
1855 an address into a valid address and no routine (such as
1856 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
1857 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
1858
1859 @findex reload_in_progress
1860 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
1861 declared if required) can be used to determine whether such special
1862 handling is required.
1863
1864 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
1865 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
1866 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
1867 machines explicit memory references will get optional reloads.
1868
1869 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
1870 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
1871
1872 If there are cases needing
1873 scratch registers after reload, you must define
1874 @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and perhaps also
1875 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
1876 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
1877 them.  @xref{Register Classes}.
1878
1879 @findex no_new_pseudos
1880 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
1881 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
1882 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
1883
1884 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
1885 register to any other hard register provided that
1886 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
1887 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
1888
1889 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
1890 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
1891 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
1892 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
1893 point members.
1894
1895 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
1896 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
1897 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
1898 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
1899 floating point registers, then the constraints of the fixed point
1900 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
1901 reload into a floating point register.
1902
1903 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
1904 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
1905 @item @samp{reload_in@var{m}}
1906 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
1907 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
1908 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
1909 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
1910 macro in @pxref{Register Classes}.
1911
1912 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
1913 @item @samp{movstrict@var{m}}
1914 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
1915 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
1916 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
1917 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
1918
1919 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
1920 @item @samp{load_multiple}
1921 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
1922 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
1923 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
1924 number of consecutive registers.
1925
1926 Define this only if the target machine really has such an instruction;
1927 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
1928 registers from memory is to do them one at a time.
1929
1930 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
1931 registers can be stored into memory, such as particular starting or
1932 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
1933 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
1934 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
1935
1936 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
1937 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
1938 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
1939 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
1940 @file{a29k.md} and @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn
1941 pattern.
1942
1943 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
1944 @item @samp{store_multiple}
1945 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
1946 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
1947 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
1948 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
1949
1950 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
1951 @item @samp{add@var{m}3}
1952 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
1953 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
1954 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
1955
1956 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
1957 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
1958 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
1959 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
1960 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
1961 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
1962 @cindex @code{smin@var{m}3} instruction pattern
1963 @cindex @code{smax@var{m}3} instruction pattern
1964 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
1965 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
1966 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
1967 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
1968 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
1969 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
1970 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}, @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
1971 @itemx @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}, @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
1972 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
1973 Similar, for other arithmetic operations.
1974
1975 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
1976 @item @samp{mulhisi3}
1977 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
1978 a @code{SImode} product in operand 0.
1979
1980 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
1981 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
1982 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
1983 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
1984
1985 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
1986 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
1987 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
1988 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
1989 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
1990 multiplication.
1991
1992 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
1993 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
1994 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
1995 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
1996 The least significant half of the product is discarded.
1997
1998 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
1999 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
2000 Similar, but the multiplication is unsigned.
2001
2002 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
2003 @item @samp{divmod@var{m}4}
2004 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
2005 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
2006 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
2007
2008 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
2009 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
2010 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
2011 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
2012 and remainder are computed.
2013
2014 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
2015 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
2016 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
2017 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
2018 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
2019
2020 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
2021 @item @samp{udivmod@var{m}4}
2022 Similar, but does unsigned division.
2023
2024 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
2025 @item @samp{ashl@var{m}3}
2026 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
2027 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
2028 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
2029 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
2030 mode before generating the instruction.
2031
2032 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
2033 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
2034 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
2035 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
2036 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
2037 Other shift and rotate instructions, analogous to the
2038 @code{ashl@var{m}3} instructions.
2039
2040 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
2041 @item @samp{neg@var{m}2}
2042 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
2043
2044 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
2045 @item @samp{abs@var{m}2}
2046 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
2047
2048 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
2049 @item @samp{sqrt@var{m}2}
2050 Store the square root of operand 1 into operand 0.
2051
2052 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
2053 corresponds to the C data type @code{double}.
2054
2055 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
2056 @item @samp{ffs@var{m}2}
2057 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
2058 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
2059 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
2060 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
2061 generating the instruction.
2062
2063 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
2064 corresponds to the C data type @code{int}.
2065
2066 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
2067 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
2068 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
2069
2070 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
2071 @item @samp{cmp@var{m}}
2072 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
2073 The RTL pattern should look like this:
2074
2075 @smallexample
2076 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2077                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
2078 @end smallexample
2079
2080 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
2081 @item @samp{tst@var{m}}
2082 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
2083 The RTL pattern should look like this:
2084
2085 @smallexample
2086 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
2087 @end smallexample
2088
2089 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
2090 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
2091 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
2092 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
2093
2094 @cindex @code{movstr@var{m}} instruction pattern
2095 @item @samp{movstr@var{m}}
2096 Block move instruction.  The addresses of the destination and source
2097 strings are the first two operands, and both are in mode @code{Pmode}.
2098
2099 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
2100 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
2101 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
2102 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
2103 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
2104 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
2105 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
2106
2107 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
2108 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
2109 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
2110 it may provide the value 4 for this operand.
2111
2112 Descriptions of multiple @code{movstr@var{m}} patterns can only be
2113 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
2114 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
2115 in @code{movstr@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
2116 individually moved data units in the block.
2117
2118 These patterns need not give special consideration to the possibility
2119 that the source and destination strings might overlap.
2120
2121 @cindex @code{clrstr@var{m}} instruction pattern
2122 @item @samp{clrstr@var{m}}
2123 Block clear instruction.  The addresses of the destination string is the
2124 first operand, in mode @code{Pmode}.  The number of bytes to clear is
2125 the second operand, in mode @var{m}.  See @samp{movstr@var{m}} for
2126 a discussion of the choice of mode.
2127
2128 The third operand is the known alignment of the destination, in the form
2129 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
2130 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
2131 operand.
2132
2133 The use for multiple @code{clrstr@var{m}} is as for @code{movstr@var{m}}.
2134
2135 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
2136 @item @samp{cmpstr@var{m}}
2137 Block compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
2138 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
2139 of @samp{movstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
2140 byte by byte in lexicographic order.  The effect of the instruction is
2141 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
2142 comparison.
2143
2144 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
2145 @item @samp{strlen@var{m}}
2146 Compute the length of a string, with three operands.
2147 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
2148 a @code{mem} referring to the first character of the string,
2149 operand 2 is the character to search for (normally zero),
2150 and operand 3 is a constant describing the known alignment
2151 of the beginning of the string.
2152
2153 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
2154 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
2155 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
2156 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2157 @var{n}).
2158
2159 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
2160 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
2161 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
2162 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2163 @var{n}).
2164
2165 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
2166 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
2167 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2168 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
2169 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
2170 the value of operand 1 is an integer.
2171
2172 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
2173 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
2174 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2175 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
2176 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
2177 value of operand 1 is an integer.
2178
2179 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
2180 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
2181 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
2182 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
2183 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
2184
2185 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2186 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
2187 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
2188 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2189
2190 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2191 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
2192 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
2193 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2194
2195 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
2196 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
2197 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2198 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2199 point or both floating point.
2200
2201 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
2202 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
2203 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2204 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2205 point or both floating point.
2206
2207 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
2208 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
2209 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2210 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2211 point.
2212
2213 @cindex @code{extv} instruction pattern
2214 @item @samp{extv}
2215 Extract a bit field from operand 1 (a register or memory operand), where
2216 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
2217 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
2218 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
2219 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
2220 be valid for @code{word_mode}.
2221
2222 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2223 for operands 2 and 3.
2224
2225 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
2226 before it is stored in operand 0.
2227
2228 @cindex @code{extzv} instruction pattern
2229 @item @samp{extzv}
2230 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
2231
2232 @cindex @code{insv} instruction pattern
2233 @item @samp{insv}
2234 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a bit
2235 field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
2236 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
2237 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
2238 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
2239
2240 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2241 for operands 1 and 2.
2242
2243 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
2244 @item @samp{mov@var{mode}cc}
2245 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
2246 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
2247 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
2248
2249 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
2250 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
2251 conditionally move an integer value based on the floating point condition
2252 codes and vice versa.
2253
2254 If the machine does not have conditional move instructions, do not
2255 define these patterns.
2256
2257 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
2258 @item @samp{s@var{cond}}
2259 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
2260 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
2261 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
2262 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
2263
2264 You specify the mode that the operand must have when you write the
2265 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
2266 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
2267
2268 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
2269 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
2270 you should omit it from the machine description.  You describe to the
2271 compiler exactly which value is stored by defining the macro
2272 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
2273 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
2274 should omit those operations from the machine description.
2275
2276 These operations may fail, but should do so only in relatively
2277 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
2278 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
2279
2280 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
2281 that copies the constant one to the target and branches around an
2282 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
2283 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
2284 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
2285 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
2286 the machine description.
2287
2288 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
2289 @item @samp{b@var{cond}}
2290 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
2291 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
2292 condition @var{cond}.
2293
2294 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
2295 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
2296 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
2297 simply store the operands away and generate all the required insns in a
2298 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
2299 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
2300 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
2301 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
2302
2303 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
2304 where the mode used for the comparison depends on the condition being
2305 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
2306
2307 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
2308 @samp{s@var{cond}} patterns.
2309
2310 @cindex @code{jump} instruction pattern
2311 @item @samp{jump}
2312 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
2313 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
2314 on all machines.
2315
2316 @cindex @code{call} instruction pattern
2317 @item @samp{call}
2318 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
2319 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
2320 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
2321 operands.
2322
2323 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
2324 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
2325 to put this information into the assembler code; they can put it in
2326 the RTL instead of operand 1.
2327
2328 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
2329 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
2330 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
2331 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
2332 instruction, the pattern for this operation should be a
2333 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
2334 address into a register and uses that register in the call instruction.
2335
2336 @cindex @code{call_value} instruction pattern
2337 @item @samp{call_value}
2338 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
2339 register in which the value is returned.  There are three more
2340 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
2341 instruction (but with numbers increased by one).
2342
2343 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
2344 insn.
2345
2346 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
2347 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
2348 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
2349 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
2350 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is non-zero.  They should emit a @code{parallel}
2351 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
2352 adjustment made to the frame pointer.
2353
2354 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be non-zero, the use of these
2355 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
2356 can be eliminated, if desired.
2357
2358 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
2359 @item @samp{untyped_call}
2360 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
2361 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
2362 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
2363 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2364 the saving of a function return value into the result block.
2365
2366 This instruction pattern should be defined to support
2367 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
2368 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
2369 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
2370 multiple registers that can hold a return value (i.e.
2371 @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
2372
2373 @cindex @code{return} instruction pattern
2374 @item @samp{return}
2375 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
2376 defined only if a single instruction can do all the work of returning
2377 from a function.
2378
2379 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
2380 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
2381 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
2382 some class of functions only requires one instruction to implement a
2383 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
2384 to save any registers or allocate stack space.
2385
2386 @findex reload_completed
2387 @findex leaf_function_p
2388 For such machines, the condition specified in this pattern should only
2389 be true when @code{reload_completed} is non-zero and the function's
2390 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
2391 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
2392 a register window push is required.
2393
2394 Machines that have conditional return instructions should define patterns
2395 such as
2396
2397 @smallexample
2398 (define_insn ""
2399   [(set (pc)
2400         (if_then_else (match_operator
2401                          0 "comparison_operator"
2402                          [(cc0) (const_int 0)])
2403                       (return)
2404                       (pc)))]
2405   "@var{condition}"
2406   "@dots{}")
2407 @end smallexample
2408
2409 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
2410 named @samp{return} pattern.
2411
2412 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
2413 @item @samp{untyped_return}
2414 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
2415 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
2416 instructions are needed to return a value of any type.
2417
2418 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
2419 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
2420 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2421 the restoring of a function return value from the result block.
2422
2423 @cindex @code{nop} instruction pattern
2424 @item @samp{nop}
2425 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
2426 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
2427 RTL pattern.
2428
2429 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
2430 @item @samp{indirect_jump}
2431 An instruction to jump to an address which is operand zero.
2432 This pattern name is mandatory on all machines.
2433
2434 @cindex @code{casesi} instruction pattern
2435 @item @samp{casesi}
2436 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
2437 This instruction takes five operands:
2438
2439 @enumerate
2440 @item
2441 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
2442
2443 @item
2444 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
2445
2446 @item
2447 The total range of indices in the table---the largest index
2448 minus the smallest one (both inclusive).
2449
2450 @item
2451 A label that precedes the table itself.
2452
2453 @item
2454 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
2455 (If the machine-description macro @code{CASE_DROPS_THROUGH} is defined,
2456 then an out-of-bounds index drops through to the code following
2457 the jump table instead of jumping to this label.  In that case,
2458 this label is not actually used by the @samp{casesi} instruction,
2459 but it is always provided as an operand.)
2460 @end enumerate
2461
2462 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
2463 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
2464 difference between the upper bound and the lower bound.
2465
2466 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
2467 @item @samp{tablejump}
2468 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
2469 capability which can be used to implement a dispatch table when there
2470 is no @samp{casesi} pattern.
2471
2472 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
2473 which should immediately precede the jump table.  If the macro
2474 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
2475 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
2476 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
2477 mode @code{Pmode}.
2478
2479 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
2480 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
2481 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
2482 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
2483
2484 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
2485 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
2486 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
2487 into operand 0.
2488
2489 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
2490 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
2491 and also has mode @code{Pmode}.
2492
2493 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
2494 the address of the function which would be called if the function
2495 pointer were used in an indirect call.
2496
2497 Only define this pattern if function pointers on the target machine
2498 can have different values but still call the same function when
2499 used in an indirect call.
2500
2501 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
2502 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
2503 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
2504 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
2505 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
2506 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
2507 @item @samp{save_stack_block}
2508 @itemx @samp{save_stack_function}
2509 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
2510 @itemx @samp{restore_stack_block}
2511 @itemx @samp{restore_stack_function}
2512 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
2513 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
2514 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
2515 such machines.
2516
2517 Some machines require special handling for stack pointer saves and
2518 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
2519 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
2520 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
2521 saves and restores are:
2522
2523 @enumerate
2524 @item
2525 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
2526 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
2527 restores the stack pointer when the block is exited.
2528
2529 @item
2530 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
2531 similar job for the outermost block of a function and are used when the
2532 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
2533 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
2534 restore sequence on some machines.
2535
2536 @item
2537 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
2538 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
2539 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
2540 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
2541 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
2542 and restoring additional data such as register window information or
2543 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
2544 such required data.
2545 @end enumerate
2546
2547 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
2548 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
2549 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
2550 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
2551 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
2552 for a particular type of save (either because no save is needed or
2553 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
2554 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
2555 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
2556 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
2557
2558 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
2559 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
2560 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
2561
2562 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
2563 @item @samp{allocate_stack}
2564 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
2565 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
2566
2567 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
2568 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
2569 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
2570 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
2571 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
2572 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
2573 stack is free.
2574
2575 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
2576 Some machines require other operations such as stack probes or
2577 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
2578 operations in addition to updating the stack pointer.
2579
2580 @cindex @code{probe} instruction pattern
2581 @item @samp{probe}
2582 Some machines require instructions to be executed after space is
2583 allocated from the stack, for example to generate a reference at
2584 the bottom of the stack.
2585
2586 If you need to emit instructions before the stack has been adjusted,
2587 put them into the @samp{allocate_stack} pattern.  Otherwise, define
2588 this pattern to emit the required instructions.
2589
2590 No operands are provided.
2591
2592 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
2593 @item @samp{check_stack}
2594 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
2595 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
2596 to perform the needed check and signaling an error if the stack
2597 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
2598 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
2599 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
2600 limit from a global or thread-specific variable or register.
2601
2602 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
2603 @item @samp{nonlocal_goto}
2604 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
2605 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
2606 each representing a value to be used in the jump.  The first
2607 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
2608 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
2609 the third is the address of a location where the stack is saved,
2610 and the last is the address of the label, to be placed in the
2611 location for the incoming static chain.
2612
2613 On most machines you need not define this pattern, since GNU CC will
2614 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
2615 and static chain, restore the stack (using the
2616 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
2617 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
2618 not work on your machine.
2619
2620 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
2621 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
2622 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
2623 nonlocal goto after the code already generated by GNU CC.  You will not
2624 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
2625 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
2626 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
2627 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
2628 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
2629 There are no arguments.
2630
2631 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
2632 @item @samp{exception_receiver}
2633 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
2634 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
2635 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
2636 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
2637 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
2638 an exception.  There are no arguments.
2639
2640 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
2641 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
2642 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
2643 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
2644 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
2645 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
2646 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
2647 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
2648 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
2649 the first three are normally used by the generic mechanism.
2650
2651 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
2652 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
2653 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
2654 builtin setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
2655 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
2656 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
2657 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
2658 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
2659 at a small offset from that label.
2660
2661 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
2662 @item @samp{builtin_longjmp}
2663 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
2664 You will not normally need to define this pattern unless you also define
2665 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
2666 @code{jmp_buf}.
2667
2668 @cindex @code{eh_epilogue} instruction pattern
2669 @item @samp{eh_epilogue}
2670 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
2671 and thence @code{__throw} are built.  It is intended to allow communication
2672 between the exception handling machinery and the normal epilogue code
2673 for the target.
2674
2675 The pattern takes three arguments.  The first is the exception context
2676 pointer.  This will have already been copied to the function return
2677 register appropriate for a pointer; normally this can be ignored.  The
2678 second argument is an offset to be added to the stack pointer.  It will 
2679 have been copied to some arbitrary call-clobbered hard reg so that it
2680 will survive until after reload to when the normal epilogue is generated. 
2681 The final argument is the address of the exception handler to which
2682 the function should return.  This will normally need to copied by the
2683 pattern to some special register.
2684
2685 This pattern must be defined if @code{RETURN_ADDR_RTX} does not yield
2686 something that can be reliably and permanently modified, i.e. a fixed
2687 hard register or a stack memory reference.
2688
2689 @cindex @code{prologue} instruction pattern
2690 @item @samp{prologue}
2691 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
2692 entry is resposible for setting up the stack frame, initializing the frame
2693 pointer register, saving callee saved registers, etc.
2694
2695 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
2696 @code{FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
2697
2698 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
2699 instruction scheduling.
2700
2701 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
2702 @item @samp{epilogue}
2703 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function.  The function
2704 exit is resposible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
2705 registers and emitting the return instruction.
2706
2707 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
2708 @code{FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the prologue.
2709
2710 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
2711 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
2712
2713 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
2714 @item @samp{sibcall_epilogue}
2715 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
2716 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
2717 sibling call (aka tail call) sites.
2718
2719 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
2720 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
2721 function.  
2722
2723 @cindex @code{trap} instruction pattern
2724 @item @samp{trap}
2725 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
2726 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
2727 frontend to signal `invalid array index' exceptions.
2728
2729 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
2730 @item @samp{conditional_trap}
2731 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
2732 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
2733
2734 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
2735
2736 @smallexample
2737 (define_insn "conditional_trap"
2738   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator" 
2739              [(cc0) (const_int 0)])
2740             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
2741   ""
2742   "@dots{}")
2743 @end smallexample
2744
2745 @end table
2746
2747 @node Pattern Ordering
2748 @section When the Order of Patterns Matters
2749 @cindex Pattern Ordering
2750 @cindex Ordering of Patterns
2751
2752 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
2753 pattern that appears first in the machine description is the one used.
2754 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
2755 and faster instructions (those that will produce better code when they
2756 do match) should usually go first in the description.
2757
2758 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
2759 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
2760 instruction for converting a fullword to floating point and another
2761 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
2762 an integer to floating point could match either one.  We put the
2763 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
2764 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
2765 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
2766 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
2767 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
2768 constant value.
2769
2770 @node Dependent Patterns
2771 @section Interdependence of Patterns
2772 @cindex Dependent Patterns
2773 @cindex Interdependence of Patterns
2774
2775 Every machine description must have a named pattern for each of the
2776 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
2777 must always have the form
2778
2779 @example
2780 (set (pc)
2781      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
2782                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
2783                    (pc)))
2784 @end example
2785
2786 @noindent
2787 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
2788 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
2789 look like
2790
2791 @example
2792 (set (pc)
2793      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
2794                    (pc)
2795                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
2796 @end example
2797
2798 @noindent
2799 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
2800 branches into reverse-conditional branches.
2801
2802 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
2803 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
2804 example,
2805
2806 @example
2807 (define_insn ""
2808   [(set (pc)
2809         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
2810                                       [(cc0) (const_int 0)])
2811                       (pc)
2812                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
2813   "@var{condition}"
2814   "@dots{}")
2815 @end example
2816
2817 In some cases machines support instructions identical except for the
2818 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
2819 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
2820 patterns are
2821
2822 @example
2823 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
2824      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
2825
2826 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
2827      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
2828 @end example
2829
2830 @noindent
2831 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
2832 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
2833 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
2834 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
2835 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
2836 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
2837
2838 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
2839 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
2840 compilations.
2841
2842 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
2843 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
2844 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
2845 you should not provide separate patterns for increment and decrement
2846 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
2847 that supports register-register add insns by examining the operands and
2848 generating the appropriate machine instruction.
2849
2850 @node Jump Patterns
2851 @section Defining Jump Instruction Patterns
2852 @cindex jump instruction patterns
2853 @cindex defining jump instruction patterns
2854
2855 For most machines, GNU CC assumes that the machine has a condition code.
2856 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
2857 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
2858 insn tests the condition code and branches or not according its value.
2859 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
2860 common machines, such as the Vax, the 68000 and the 32000, work this
2861 way.
2862
2863 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
2864 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
2865 these machines is to treat them just like the others until the final stage
2866 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
2867 compare instruction, peek ahead at the following branch using
2868 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
2869 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
2870 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
2871 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
2872 can treat signed and unsigned branches identically.
2873
2874 The reason you can do this is that GNU CC always generates a pair of
2875 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
2876 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
2877 until the end.
2878
2879 To go with this technique, you must define the machine-description macro
2880 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
2881 compare instruction is superfluous.
2882
2883 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
2884 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
2885 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
2886 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
2887 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
2888
2889 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
2890 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
2891 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
2892 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
2893 above in addition to any special patterns you define.
2894
2895 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
2896 code and there may not even be a separate condition code register.  On
2897 these machines, the restriction that the definition and use of the
2898 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
2899 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
2900 delay for taken branches unless the condition code register is set three
2901 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
2902 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
2903 separate the definition and use of the condition code register.
2904
2905 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
2906 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
2907 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
2908 comparison result can be placed in any general register, or if there are
2909 multiple condition registers, use a pseudo register.
2910
2911 @findex prev_cc0_setter
2912 @findex next_cc0_user
2913 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
2914 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
2915 Sparc, setting the condition code directly from an add or subtract
2916 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
2917 instruction does, so a different branch instruction must be used for
2918 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
2919 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
2920 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
2921 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
2922 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
2923 and @code{next_cc0_user}.
2924
2925 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
2926 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
2927 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
2928 we use the machine mode of the condition code register to record
2929 different formats of the condition code register.
2930
2931 Registers used to store the condition code value should have a mode that
2932 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
2933 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
2934 the Sparc), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
2935 additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
2936 @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
2937
2938 If it is known during RTL generation that a different mode will be
2939 required (for example, if the machine has separate compare instructions
2940 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
2941 be specified at that time.
2942
2943 If the cases that require different modes would be made by instruction
2944 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
2945 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
2946 written using that mode.  To support the case of the add on the Sparc
2947 discussed above, we have the pattern
2948
2949 @smallexample
2950 (define_insn ""
2951   [(set (reg:CC_NOOV 0)
2952         (compare:CC_NOOV
2953           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
2954                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
2955           (const_int 0)))]
2956   ""
2957   "@dots{}")
2958 @end smallexample
2959
2960 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the Sparc returns @code{CC_NOOVmode}
2961 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
2962
2963 @node Insn Canonicalizations
2964 @section Canonicalization of Instructions
2965 @cindex canonicalization of instructions
2966 @cindex insn canonicalization
2967
2968 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
2969 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
2970 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
2971 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
2972 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
2973 number of insn patterns required.
2974
2975 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
2976 are performed:
2977
2978 @itemize @bullet
2979 @item
2980 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
2981 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
2982 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
2983 be supplied.
2984
2985 @cindex @code{neg}, canonicalization of
2986 @cindex @code{not}, canonicalization of
2987 @cindex @code{mult}, canonicalization of
2988 @cindex @code{plus}, canonicalization of
2989 @cindex @code{minus}, canonicalization of
2990 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
2991 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
2992 first operand.
2993
2994 @cindex @code{compare}, canonicalization of
2995 @item
2996 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
2997 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
2998 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
2999 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
3000 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
3001 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
3002 such an instruction.
3003
3004 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
3005 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
3006 above.
3007
3008 @item
3009 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
3010 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
3011
3012 @item
3013 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
3014 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
3015
3016 @cindex @code{ior}, canonicalization of
3017 @cindex @code{and}, canonicalization of
3018 @cindex De Morgan's law
3019 @item
3020 De`Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
3021 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
3022 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
3023
3024 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
3025 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
3026 for that instruction as
3027
3028 @example
3029 (define_insn ""
3030   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3031         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3032                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
3033   "@dots{}"
3034   "@dots{}")
3035 @end example
3036
3037 @noindent
3038 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
3039
3040 @example
3041 (define_insn ""
3042   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3043         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3044                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
3045   "@dots{}"
3046   "@dots{}")
3047 @end example
3048
3049 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
3050 logically equivalent RTL expressions.
3051
3052 @cindex @code{xor}, canonicalization of
3053 @item
3054 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
3055 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
3056 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.@refill
3057
3058 @item
3059 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
3060 the form
3061
3062 @example
3063 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
3064 @end example
3065
3066 @item
3067 On machines that do not use @code{cc0},
3068 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
3069 @var{x}.@refill
3070
3071 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
3072 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
3073 @item
3074 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
3075 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
3076 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
3077
3078 @end itemize
3079
3080 @node Expander Definitions
3081 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
3082 @cindex expander definitions
3083 @cindex code generation RTL sequences
3084 @cindex defining RTL sequences for code generation
3085
3086 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
3087 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
3088 represent them.  For these target machines, you can write a
3089 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL.
3090
3091 @findex define_expand
3092 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
3093 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
3094 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
3095
3096 A @code{define_expand} RTX has four operands:
3097
3098 @itemize @bullet
3099 @item
3100 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
3101 use for it is to refer to it by name.
3102
3103 @item
3104 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
3105 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
3106 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
3107
3108 @item
3109 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
3110 used to express how the availability of this pattern depends on
3111 subclasses of target machine, selected by command-line options when GNU
3112 CC is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
3113 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
3114 depend on the data in the insn being matched, but only the
3115 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
3116 during initialization in order to learn exactly which named instructions
3117 are available in a particular run.
3118
3119 @item
3120 The preparation statements, a string containing zero or more C
3121 statements which are to be executed before RTL code is generated from
3122 the RTL template.
3123
3124 Usually these statements prepare temporary registers for use as
3125 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
3126 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
3127 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
3128 @end itemize
3129
3130 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
3131 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
3132 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
3133 it.
3134
3135 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
3136 also describes the operands that need to be specified when this pattern
3137 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
3138
3139 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
3140 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
3141 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
3142 predicate into the tables that record such things.  GNU CC uses the
3143 information to preload the operand into a register if that is required for
3144 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
3145 references should use @code{match_dup}.
3146
3147 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
3148 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
3149 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
3150 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
3151 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
3152 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
3153 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
3154 compute the values and store them into the appropriate elements of
3155 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
3156
3157 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
3158 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
3159 as a statement.
3160
3161 @table @code
3162
3163 @findex DONE
3164 @item DONE
3165 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
3166 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
3167 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
3168 preparation statements; the RTL template will not be generated.
3169
3170 @findex FAIL
3171 @item FAIL
3172 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
3173 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
3174 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
3175
3176 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
3177 shifting, etc.) and bitfield (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
3178 operations.
3179 @end table
3180
3181 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
3182
3183 @smallexample
3184 @group
3185 (define_expand "ashlsi3"
3186   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3187         (ashift:SI
3188 @end group
3189 @group
3190           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
3191           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
3192   ""
3193   "
3194 @end group
3195 @end smallexample
3196
3197 @smallexample
3198 @group
3199 @{
3200   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
3201       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
3202     FAIL;
3203 @}")
3204 @end group
3205 @end smallexample
3206
3207 @noindent
3208 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
3209 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
3210 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
3211 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
3212 library call).
3213
3214 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
3215 patterns with names, then it would be possible to use a
3216 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
3217 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
3218
3219 @smallexample
3220 (define_expand "zero_extendhisi2"
3221   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
3222         (const_int 0))
3223    (set (strict_low_part
3224           (subreg:HI
3225             (match_dup 0)
3226             0))
3227         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
3228   ""
3229   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
3230 @end smallexample
3231
3232 @noindent
3233 @findex make_safe_from
3234 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
3235 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
3236 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
3237 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
3238 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
3239 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
3240 by emitting another RTL insn.
3241
3242 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
3243 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
3244 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
3245 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
3246 on this machine.  So it must be copied into a register with
3247 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
3248
3249 @smallexample
3250 (define_expand "zero_extendhisi2"
3251   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3252         (and:SI (subreg:SI
3253                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
3254                   0)
3255                 (match_dup 2)))]
3256   ""
3257   "operands[2]
3258      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
3259 @end smallexample
3260
3261 @strong{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
3262 standard binary or unary arithmetic operation or a bitfield operation,
3263 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
3264 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
3265 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
3266 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
3267 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
3268 in the compiler.@refill
3269
3270 @node Insn Splitting
3271 @section Defining How to Split Instructions
3272 @cindex insn splitting
3273 @cindex instruction splitting
3274 @cindex splitting instructions
3275
3276 There are two cases where you should specify how to split a pattern into
3277 multiple insns.  On machines that have instructions requiring delay
3278 slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose output is
3279 not available for multiple cycles (@pxref{Function Units}), the compiler
3280 phases that optimize these cases need to be able to move insns into
3281 one-instruction delay slots.  However, some insns may generate more than one
3282 machine instruction.  These insns cannot be placed into a delay slot.
3283
3284 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
3285 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
3286 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
3287 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
3288 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
3289 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
3290 scheduling.
3291
3292 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
3293 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
3294 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
3295 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
3296 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
3297 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
3298 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
3299 split the addition into two insns is machine-dependent.
3300
3301 @findex define_split
3302 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
3303 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
3304
3305 @smallexample
3306 (define_split
3307   [@var{insn-pattern}]
3308   "@var{condition}"
3309   [@var{new-insn-pattern-1}
3310    @var{new-insn-pattern-2}
3311    @dots{}]
3312   "@var{preparation statements}")
3313 @end smallexample
3314
3315 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
3316 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
3317 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
3318 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
3319 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
3320 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
3321
3322 The @var{preparation statements} are similar to those statements that
3323 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3324 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
3325 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
3326 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
3327 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
3328 must not allocate any space in the stack frame.
3329
3330 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
3331 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
3332 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
3333 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
3334 @code{reload_completed} is non-zero, is known to satisfy the constraints
3335 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
3336 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
3337 @code{reload_completed} is non-zero, must also satisfy the constraints
3338 of those definitions.
3339
3340 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
3341 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
3342 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
3343
3344 @smallexample
3345 (define_split
3346   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
3347         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
3348   ""
3349   [(set (match_dup 0)
3350         (ashift:SI (match_dup 1)
3351                    (const_int 16)))
3352    (set (match_dup 0)
3353         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
3354                      (const_int 16)))]
3355   "
3356 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
3357 @end smallexample
3358
3359 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
3360 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
3361 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
3362 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
3363 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
3364 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
3365 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
3366 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
3367 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
3368 @code{define_split} that will never produce insns that match).
3369
3370 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
3371 @file{rs6000.md}:
3372
3373 @smallexample
3374 (define_split
3375   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
3376         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
3377                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
3378   ""
3379   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
3380    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
3381 "
3382 @{
3383   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
3384   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
3385
3386   if (low & 0x8000)
3387     high++, low |= 0xffff0000;
3388
3389   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
3390   operands[4] = GEN_INT (low);
3391 @}")
3392 @end smallexample
3393
3394 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
3395 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
3396 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
3397 can be substituted into the address of a subsequent operation.
3398
3399 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
3400 an equality comparison of a register and a large constant:
3401
3402 @smallexample
3403 (define_split
3404   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
3405         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
3406                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
3407    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
3408   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
3409    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
3410        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
3411   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
3412    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
3413   "
3414 @{
3415   /* Get the constant we are comparing against, C, and see what it
3416      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
3417      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.  */
3418
3419   int c = INTVAL (operands[2]);
3420   int sextc = (c << 16) >> 16;
3421   int xorv = c ^ sextc;
3422
3423   operands[4] = GEN_INT (xorv);
3424   operands[5] = GEN_INT (sextc);
3425 @}")
3426 @end smallexample
3427
3428 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
3429 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
3430 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
3431 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
3432 are not valid.
3433
3434 @node Peephole Definitions
3435 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
3436 @cindex peephole optimizer definitions
3437 @cindex defining peephole optimizers
3438
3439 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
3440 definitions of machine-specific peephole optimizations.
3441
3442 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
3443 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
3444 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
3445 though the second one does not appear to use a register computed in the
3446 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
3447 opportunities.
3448
3449 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
3450 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
3451 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
3452 is deprecated.
3453
3454 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
3455 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
3456 but before scheduling, which may result in much better code for 
3457 targets that do scheduling.
3458
3459 @menu
3460 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
3461 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
3462 @end menu
3463
3464 @node define_peephole
3465 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
3466 @findex define_peephole
3467
3468 @need 1000
3469 A definition looks like this:
3470
3471 @smallexample
3472 (define_peephole
3473   [@var{insn-pattern-1}
3474    @var{insn-pattern-2}
3475    @dots{}]
3476   "@var{condition}"
3477   "@var{template}"
3478   "@var{optional insn-attributes}")
3479 @end smallexample
3480
3481 @noindent
3482 The last string operand may be omitted if you are not using any
3483 machine-specific information in this machine description.  If present,
3484 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
3485
3486 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
3487 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
3488 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
3489 the next, and so on.@refill
3490
3491 Each of the insns matched by a peephole must also match a
3492 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
3493 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
3494 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
3495 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
3496 stages.
3497
3498 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
3499 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
3500 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
3501 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
3502 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
3503 other.
3504
3505 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
3506 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
3507 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
3508 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
3509 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
3510
3511 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
3512 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
3513 previously tested.
3514
3515 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
3516 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
3517 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
3518 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
3519 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
3520 patterns.
3521
3522 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
3523 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
3524 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
3525 the operands.
3526
3527 @findex prev_active_insn
3528 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
3529 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
3530 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
3531 to refer to the last of the insns being matched; use
3532 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
3533
3534 @findex dead_or_set_p
3535 When optimizing computations with intermediate results, you can use
3536 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
3537 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
3538 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
3539 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
3540 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
3541 value (from @code{operands[@var{i}]}).@refill
3542
3543 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
3544 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
3545 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
3546 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
3547 used in matching the original sequence of insns.
3548
3549 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
3550 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
3551 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
3552 as the insn pattern to control how the insn is output.
3553
3554 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
3555 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
3556
3557 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
3558
3559 @smallexample
3560 (define_peephole
3561   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
3562    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
3563         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
3564   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
3565   "*
3566 @{
3567   rtx xoperands[2];
3568   xoperands[1] = gen_rtx (REG, SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
3569 #ifdef MOTOROLA
3570   output_asm_insn (\"move.l %1,(sp)\", xoperands);
3571   output_asm_insn (\"move.l %1,-(sp)\", operands);
3572   return \"fmove.d (sp)+,%0\";
3573 #else
3574   output_asm_insn (\"movel %1,sp@@\", xoperands);
3575   output_asm_insn (\"movel %1,sp@@-\", operands);
3576   return \"fmoved sp@@+,%0\";
3577 #endif
3578 @}
3579 ")
3580 @end smallexample
3581
3582 @need 1000
3583 The effect of this optimization is to change
3584
3585 @smallexample
3586 @group
3587 jbsr _foobar
3588 addql #4,sp
3589 movel d1,sp@@-
3590 movel d0,sp@@-
3591 fmoved sp@@+,fp0
3592 @end group
3593 @end smallexample
3594
3595 @noindent
3596 into
3597
3598 @smallexample
3599 @group
3600 jbsr _foobar
3601 movel d1,sp@@
3602 movel d0,sp@@-
3603 fmoved sp@@+,fp0
3604 @end group
3605 @end smallexample
3606
3607 @ignore
3608 @findex CC_REVERSED
3609 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
3610 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
3611 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
3612 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
3613 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
3614 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
3615 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
3616 and in this C code check the condition code status flags and change the
3617 assembler code as appropriate.
3618 @end ignore
3619
3620 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
3621 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
3622 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
3623 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
3624 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
3625 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
3626 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
3627 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
3628 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
3629
3630 @smallexample
3631 (define_insn "divmodsi4"
3632   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
3633         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
3634                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
3635    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
3636         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
3637   "TARGET_68020"
3638   "divsl%.l %2,%3:%0")
3639 @end smallexample
3640
3641 @noindent
3642 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
3643
3644 @smallexample
3645 (define_peephole
3646   [@dots{}
3647    (parallel
3648     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
3649           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
3650                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
3651      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
3652           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
3653    @dots{}]
3654   @dots{})
3655 @end smallexample
3656
3657 @node define_peephole2
3658 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
3659 @findex define_peephole2
3660
3661 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
3662 substitute one sequence of instructions for another sequence, 
3663 what additional scratch registers may be needed and what their
3664 lifetimes must be.
3665
3666 @smallexample
3667 (define_peephole2
3668   [@var{insn-pattern-1}
3669    @var{insn-pattern-2}
3670    @dots{}]
3671   "@var{condition}"
3672   [@var{new-insn-pattern-1}
3673    @var{new-insn-pattern-2}
3674    @dots{}]
3675   "@var{preparation statements}")
3676 @end smallexample
3677
3678 The definition is almost identical to @code{define_split}
3679 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
3680 single instruction, but a sequence of instructions.
3681
3682 It is possible to request additional scratch registers for use in the
3683 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
3684 will simply not match.
3685
3686 @findex match_scratch
3687 @findex match_dup
3688 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
3689 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
3690 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
3691 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
3692 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
3693 at which the register must be available.
3694
3695 Here is an example from the IA-32 machine description:
3696
3697 @smallexample
3698 (define_peephole2
3699   [(match_scratch:SI 2 "r")
3700    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3701                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
3702                      [(match_dup 0)
3703                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
3704               (clobber (reg:CC 17))])]
3705   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
3706   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
3707    (parallel [(set (match_dup 0)
3708                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
3709               (clobber (reg:CC 17))])]
3710   "")
3711 @end smallexample
3712
3713 @noindent
3714 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
3715 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
3716 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
3717 to be live only at the point just before the arithmetic.
3718
3719 A real example requring extended scratch lifetimes is harder to come by,
3720 so here's a silly made-up example:
3721
3722 @smallexample
3723 (define_peephole2
3724   [(match_scratch:SI 4 "r")
3725    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
3726    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
3727    (match_dup 4)
3728    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
3729   "@var{determine 1 does not overlap 0 and 2}"
3730   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
3731    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
3732    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
3733    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
3734   "")
3735 @end smallexample
3736
3737 @noindent
3738 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
3739 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
3740 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
3741
3742 @node Insn Attributes
3743 @section Instruction Attributes
3744 @cindex insn attributes
3745 @cindex instruction attributes
3746
3747 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
3748 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
3749 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
3750 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
3751 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
3752 to track the condition codes.
3753
3754 @menu
3755 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
3756 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
3757 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
3758 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
3759 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
3760 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
3761 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
3762 * Function Units::      Specifying information for insn scheduling.
3763 @end menu
3764
3765 @node Defining Attributes
3766 @subsection Defining Attributes and their Values
3767 @cindex defining attributes and their values
3768 @cindex attributes, defining
3769
3770 @findex define_attr
3771 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
3772 by the target machine.  It looks like:
3773
3774 @smallexample
3775 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
3776 @end smallexample
3777
3778 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
3779
3780 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
3781 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
3782 indicate that the attribute takes numeric values.
3783
3784 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
3785 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
3786 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
3787 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
3788 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
3789
3790 @findex insn-attr.h
3791 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
3792 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
3793 specified for an attribute, the following are defined:
3794
3795 @itemize @bullet
3796 @item
3797 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
3798
3799 @item
3800 An enumeral class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
3801 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
3802 the attribute name and value are first converted to upper case.
3803
3804 @item
3805 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
3806 returns the attribute value for that insn.
3807 @end itemize
3808
3809 For example, if the following is present in the @file{md} file:
3810
3811 @smallexample
3812 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
3813 @end smallexample
3814
3815 @noindent
3816 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
3817
3818 @smallexample
3819 #define HAVE_ATTR_type
3820 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
3821                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
3822 extern enum attr_type get_attr_type ();
3823 @end smallexample
3824
3825 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
3826 defined and the function to obtain the attribute's value will return
3827 @code{int}.
3828
3829 @node Expressions
3830 @subsection Attribute Expressions
3831 @cindex attribute expressions
3832
3833 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
3834 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
3835 Attribute value expressions must have one of the following forms:
3836
3837 @table @code
3838 @cindex @code{const_int} and attributes
3839 @item (const_int @var{i})
3840 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
3841 must be non-negative.
3842
3843 The value of a numeric attribute can be specified either with a
3844 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
3845 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
3846 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
3847 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
3848
3849 @cindex @code{const_string} and attributes
3850 @item (const_string @var{value})
3851 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
3852 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
3853 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
3854 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
3855 of a @code{define_attr}.@refill
3856
3857 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
3858 must be a string containing a non-negative integer (normally
3859 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
3860 contain one of the valid values for the attribute.
3861
3862 @cindex @code{if_then_else} and attributes
3863 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
3864 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
3865 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
3866 otherwise it is @var{false-value}.
3867
3868 @cindex @code{cond} and attributes
3869 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
3870 The first operand of this expression is a vector containing an even
3871 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
3872 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
3873 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
3874 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
3875 expression is that of the @var{default} expression.
3876 @end table
3877
3878 @var{test} expressions can have one of the following forms:
3879
3880 @table @code
3881 @cindex @code{const_int} and attribute tests
3882 @item (const_int @var{i})
3883 This test is true if @var{i} is non-zero and false otherwise.
3884
3885 @cindex @code{not} and attributes
3886 @cindex @code{ior} and attributes
3887 @cindex @code{and} and attributes
3888 @item (not @var{test})
3889 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
3890 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
3891 These tests are true if the indicated logical function is true.
3892
3893 @cindex @code{match_operand} and attributes
3894 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
3895 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
3896 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
3897 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
3898 @var{pred} returns a non-zero value when passed operand @var{n} and mode
3899 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
3900 string).
3901
3902 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
3903
3904 @cindex @code{le} and attributes
3905 @cindex @code{leu} and attributes
3906 @cindex @code{lt} and attributes
3907 @cindex @code{gt} and attributes
3908 @cindex @code{gtu} and attributes
3909 @cindex @code{ge} and attributes
3910 @cindex @code{geu} and attributes
3911 @cindex @code{ne} and attributes
3912 @cindex @code{eq} and attributes
3913 @cindex @code{plus} and attributes
3914 @cindex @code{minus} and attributes
3915 @cindex @code{mult} and attributes
3916 @cindex @code{div} and attributes
3917 @cindex @code{mod} and attributes
3918 @cindex @code{abs} and attributes
3919 @cindex @code{neg} and attributes
3920 @cindex @code{ashift} and attributes
3921 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
3922 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
3923 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
3924 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
3925 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
3926 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
3927 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
3928 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
3929 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
3930 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
3931 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
3932 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
3933 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
3934 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
3935 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
3936 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
3937 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.@refill
3938
3939 @findex get_attr
3940 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
3941 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
3942 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
3943 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
3944 variable.@refill
3945
3946 @findex eq_attr
3947 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
3948 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
3949
3950 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
3951 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
3952 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
3953 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
3954 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
3955 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
3956 @emph{not} in the specified list.
3957
3958 For example,
3959
3960 @smallexample
3961 (eq_attr "type" "load,store")
3962 @end smallexample
3963
3964 @noindent
3965 is equivalent to
3966
3967 @smallexample
3968 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
3969 @end smallexample
3970
3971 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
3972 value of the compiler variable @code{which_alternative}
3973 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
3974 example,@refill
3975
3976 @smallexample
3977 (eq_attr "alternative" "2,3")
3978 @end smallexample
3979
3980 @noindent
3981 is equivalent to
3982
3983 @smallexample
3984 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
3985      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
3986 @end smallexample
3987
3988 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
3989 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
3990 a particular pattern.  This is by far the most common case.@refill
3991
3992 @findex attr_flag
3993 @item (attr_flag @var{name})
3994 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
3995 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
3996 scheduled.
3997
3998 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
3999 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
4000 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
4001 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
4002 if a conditional branch is expected to be taken.
4003
4004 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
4005 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
4006
4007 This example describes a conditional branch delay slot which
4008 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
4009 for backward branches which are not taken (annul-false).
4010
4011 @smallexample
4012 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
4013   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
4014    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
4015         (attr_flag "forward"))
4016    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
4017         (attr_flag "backward"))])
4018 @end smallexample
4019
4020 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
4021 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4022
4023 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
4024 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4025 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
4026 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4027
4028 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
4029 meaning to other passes of the compiler.
4030
4031 @findex attr
4032 @item (attr @var{name})
4033 The value of another attribute is returned.  This is most useful
4034 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
4035 produce more efficient code for non-numeric attributes.
4036 @end table
4037
4038 @node Tagging Insns
4039 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
4040 @cindex tagging insns
4041 @cindex assigning attribute values to insns
4042
4043 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
4044 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
4045 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
4046 have an optional last argument to specify the values of attributes for
4047 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
4048 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
4049 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
4050 permits the specification of the values for only one or two attributes
4051 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
4052 next section.@refill
4053
4054 The optional last argument of @code{define_insn} and
4055 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
4056 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
4057 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
4058 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
4059 second operand of the @code{set} is an attribute expression
4060 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.@refill
4061
4062 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
4063 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
4064 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
4065 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
4066 each alternative.
4067
4068 @findex set_attr
4069 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
4070 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
4071 specifying a string giving either a single attribute value or a list
4072 of attribute values, one for each alternative.
4073
4074 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
4075 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
4076
4077 @table @code
4078 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
4079 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
4080 or a string containing a comma-separated list giving the values for
4081 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
4082 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
4083
4084 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
4085 which case the attribute will assume its default value for insns matching
4086 that alternative.
4087
4088 @findex set_attr_alternative
4089 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
4090 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
4091 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
4092 tests on the @samp{alternative} attribute.
4093
4094 @findex attr
4095 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
4096 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
4097 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
4098 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
4099 @end table
4100
4101 The following shows three different ways of representing the same
4102 attribute value specification:
4103
4104 @smallexample
4105 (set_attr "type" "load,store,arith")
4106
4107 (set_attr_alternative "type"
4108                       [(const_string "load") (const_string "store")
4109                        (const_string "arith")])
4110
4111 (set (attr "type")
4112      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
4113             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
4114            (const_string "arith")))
4115 @end smallexample
4116
4117 @need 1000
4118 @findex define_asm_attributes
4119 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
4120 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
4121 statement.  It has the form:
4122
4123 @smallexample
4124 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
4125 @end smallexample
4126
4127 @noindent
4128 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
4129 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
4130
4131 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
4132 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
4133
4134 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
4135 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
4136 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
4137 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
4138 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
4139 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
4140 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
4141 of a single machine instruction.
4142
4143 @node Attr Example
4144 @subsection Example of Attribute Specifications
4145 @cindex attribute specifications example
4146 @cindex attribute specifications
4147
4148 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
4149 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
4150 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
4151 value.  This attribute is normally used only to define the default value
4152 for other attributes.  An example will clarify this usage.
4153
4154 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
4155 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
4156 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
4157 operations, floating point operations, and branches.
4158
4159 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
4160 the condition code and will limit ourselves to the following possible
4161 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
4162 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
4163 changed if the item previously set into the condition code has been
4164 modified.
4165
4166 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
4167
4168 @smallexample
4169 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
4170
4171 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
4172              (cond [(eq_attr "type" "load")
4173                         (const_string "change0")
4174                     (eq_attr "type" "store,branch")
4175                         (const_string "unchanged")
4176                     (eq_attr "type" "arith")
4177                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
4178                                       (const_string "set")
4179                                       (const_string "clobber"))]
4180                    (const_string "clobber")))
4181
4182 (define_insn ""
4183   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
4184         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
4185   ""
4186   "@@
4187    move %0,%1
4188    load %0,%1
4189    store %0,%1"
4190   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
4191 @end smallexample
4192
4193 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
4194 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
4195 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
4196 full-word result.
4197
4198 @node Insn Lengths
4199 @subsection Computing the Length of an Insn
4200 @cindex insn lengths, computing
4201 @cindex computing the length of an insn
4202
4203 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
4204 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
4205 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
4206 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @samp{length}
4207 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
4208 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
4209
4210 In the case of the @samp{length} attribute, two additional forms of
4211 arithmetic terms are allowed in test expressions:
4212
4213 @table @code
4214 @cindex @code{match_dup} and attributes
4215 @item (match_dup @var{n})
4216 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
4217 must be a @code{label_ref}.
4218
4219 @cindex @code{pc} and attributes
4220 @item (pc)
4221 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
4222 been more consistent with other usage to make this the address of the
4223 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
4224 current insn is to be computed.
4225 @end table
4226
4227 @cindex @code{addr_vec}, length of
4228 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
4229 For normal insns, the length will be determined by value of the
4230 @samp{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
4231 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
4232 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
4233
4234 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
4235
4236 The following macros can be used to refine the length computation:
4237
4238 @table @code
4239 @findex FIRST_INSN_ADDRESS
4240 @item FIRST_INSN_ADDRESS
4241 When the @code{length} insn attribute is used, this macro specifies the
4242 value to be assigned to the address of the first insn in a function.  If
4243 not specified, 0 is used.
4244
4245 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
4246 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
4247 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
4248 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
4249 that contains the initially computed length of the insn and should be
4250 updated with the correct length of the insn.
4251
4252 This macro will normally not be required.  A case in which it is
4253 required is the ROMP.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
4254 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
4255 may be required.
4256 @end table
4257
4258 @findex get_attr_length
4259 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
4260 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
4261 determine the form of the branch instruction to be written, as the
4262 example below illustrates.
4263
4264 As an example of the specification of variable-length branches, consider
4265 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
4266 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
4267 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
4268 sequence to load the address from memory and then branch to it.
4269
4270 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
4271 as follows:
4272
4273 @smallexample
4274 (define_insn "jump"
4275   [(set (pc)
4276         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
4277   ""
4278   "*
4279 @{
4280    return (get_attr_length (insn) == 4
4281            ? \"b %l0\" : \"l r15,=a(%l0); br r15\");
4282 @}"
4283   [(set (attr "length") (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
4284                                       (const_int 4)
4285                                       (const_int 6)))])
4286 @end smallexample
4287
4288 @node Constant Attributes
4289 @subsection Constant Attributes
4290 @cindex constant attributes
4291
4292 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
4293 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
4294 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
4295 used to specify which variety of processor is used.  For example,
4296
4297 @smallexample
4298 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
4299  (const
4300   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
4301          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
4302         (const_string "m88000"))))
4303
4304 (define_attr "memory" "fast,slow"
4305  (const
4306   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
4307                 (const_string "fast")
4308                 (const_string "slow"))))
4309 @end smallexample
4310
4311 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
4312 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
4313 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
4314 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
4315 forms involving insn attributes.
4316
4317 @node Delay Slots
4318 @subsection Delay Slot Scheduling
4319 @cindex delay slots, defining
4320
4321 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
4322 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
4323 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
4324 after the instruction are executed as if they were located before it.
4325 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
4326 the following instruction before the branch or call is performed.
4327
4328 On some machines, conditional branch instructions can optionally
4329 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
4330 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
4331 instructions that annul if the branch is true and instructions that
4332 annul if the branch is false are supported.
4333
4334 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
4335 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
4336 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
4337 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
4338 instruction scheduling.
4339
4340 @findex define_delay
4341 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
4342 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
4343
4344 @smallexample
4345 (define_delay @var{test}
4346               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
4347                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
4348                @dots{}])
4349 @end smallexample
4350
4351 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
4352 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
4353 required delay slots is determined by the length of the vector specified
4354 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
4355 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
4356 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
4357 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
4358 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
4359 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.@refill
4360
4361 For example, in the common case where branch and call insns require
4362 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
4363 call, the following would be placed in the @file{md} file:
4364
4365 @smallexample
4366 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
4367               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
4368 @end smallexample
4369
4370 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
4371 case, each such expression specifies different delay slot requirements
4372 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
4373 expressions are both true.
4374
4375 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
4376 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
4377 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
4378 branch is true, we might represent this as follows:
4379
4380 @smallexample
4381 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
4382    [(eq_attr "type" "!branch,call")
4383     (eq_attr "type" "!branch,call")
4384     (nil)])
4385
4386 (define_delay (eq_attr "type" "call")
4387               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
4388                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
4389 @end smallexample
4390 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
4391
4392 @node Function Units
4393 @subsection Specifying Function Units
4394 @cindex function units, for scheduling
4395
4396 On most RISC machines, there are instructions whose results are not
4397 available for a specific number of cycles.  Common cases are instructions
4398 that load data from memory.  On many machines, a pipeline stall will result
4399 if the data is referenced too soon after the load instruction.
4400
4401 In addition, many newer microprocessors have multiple function units, usually
4402 one for integer and one for floating point, and often will incur pipeline
4403 stalls when a result that is needed is not yet ready.
4404
4405 The descriptions in this section allow the specification of how much
4406 time must elapse between the execution of an instruction and the time
4407 when its result is used.  It also allows specification of when the
4408 execution of an instruction will delay execution of similar instructions
4409 due to function unit conflicts.
4410
4411 For the purposes of the specifications in this section, a machine is
4412 divided into @dfn{function units}, each of which execute a specific
4413 class of instructions in first-in-first-out order.  Function units that
4414 accept one instruction each cycle and allow a result to be used in the
4415 succeeding instruction (usually via forwarding) need not be specified.
4416 Classic RISC microprocessors will normally have a single function unit,
4417 which we can call @samp{memory}.  The newer ``superscalar'' processors
4418 will often have function units for floating point operations, usually at
4419 least a floating point adder and multiplier.
4420
4421 @findex define_function_unit
4422 Each usage of a function units by a class of insns is specified with a
4423 @code{define_function_unit} expression, which looks like this:
4424
4425 @smallexample
4426 (define_function_unit @var{name} @var{multiplicity} @var{simultaneity}
4427                       @var{test} @var{ready-delay} @var{issue-delay}
4428                      [@var{conflict-list}])
4429 @end smallexample
4430
4431 @var{name} is a string giving the name of the function unit.
4432
4433 @var{multiplicity} is an integer specifying the number of identical
4434 units in the processor.  If more than one unit is specified, they will
4435 be scheduled independently.  Only truly independent units should be
4436 counted; a pipelined unit should be specified as a single unit.  (The
4437 only common example of a machine that has multiple function units for a
4438 single instruction class that are truly independent and not pipelined
4439 are the two multiply and two increment units of the CDC 6600.)
4440
4441 @var{simultaneity} specifies the maximum number of insns that can be
4442 executing in each instance of the function unit simultaneously or zero
4443 if the unit is pipelined and has no limit.
4444
4445 All @code{define_function_unit} definitions referring to function unit
4446 @var{name} must have the same name and values for @var{multiplicity} and
4447 @var{simultaneity}.
4448
4449 @var{test} is an attribute test that selects the insns we are describing
4450 in this definition.  Note that an insn may use more than one function
4451 unit and a function unit may be specified in more than one
4452 @code{define_function_unit}.
4453
4454 @var{ready-delay} is an integer that specifies the number of cycles
4455 after which the result of the instruction can be used without
4456 introducing any stalls.
4457
4458 @var{issue-delay} is an integer that specifies the number of cycles
4459 after the instruction matching the @var{test} expression begins using
4460 this unit until a subsequent instruction can begin.  A cost of @var{N}
4461 indicates an @var{N-1} cycle delay.  A subsequent instruction may also
4462 be delayed if an earlier instruction has a longer @var{ready-delay}
4463 value.  This blocking effect is computed using the @var{simultaneity},
4464 @var{ready-delay}, @var{issue-delay}, and @var{conflict-list} terms.
4465 For a normal non-pipelined function unit, @var{simultaneity} is one, the
4466 unit is taken to block for the @var{ready-delay} cycles of the executing
4467 insn, and smaller values of @var{issue-delay} are ignored.
4468
4469 @var{conflict-list} is an optional list giving detailed conflict costs
4470 for this unit.  If specified, it is a list of condition test expressions
4471 to be applied to insns chosen to execute in @var{name} following the
4472 particular insn matching @var{test} that is already executing in
4473 @var{name}.  For each insn in the list, @var{issue-delay} specifies the
4474 conflict cost; for insns not in the list, the cost is zero.  If not
4475 specified, @var{conflict-list} defaults to all instructions that use the
4476 function unit.
4477
4478 Typical uses of this vector are where a floating point function unit can
4479 pipeline either single- or double-precision operations, but not both, or
4480 where a memory unit can pipeline loads, but not stores, etc.
4481
4482 As an example, consider a classic RISC machine where the result of a
4483 load instruction is not available for two cycles (a single ``delay''
4484 instruction is required) and where only one load instruction can be executed
4485 simultaneously.  This would be specified as:
4486
4487 @smallexample
4488 (define_function_unit "memory" 1 1 (eq_attr "type" "load") 2 0)
4489 @end smallexample
4490
4491 For the case of a floating point function unit that can pipeline either
4492 single or double precision, but not both, the following could be specified:
4493
4494 @smallexample
4495 (define_function_unit
4496    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "sp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "dp_fp")])
4497 (define_function_unit
4498    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "dp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "sp_fp")])
4499 @end smallexample
4500
4501 @strong{Note:} The scheduler attempts to avoid function unit conflicts
4502 and uses all the specifications in the @code{define_function_unit}
4503 expression.  It has recently come to our attention that these
4504 specifications may not allow modeling of some of the newer
4505 ``superscalar'' processors that have insns using multiple pipelined
4506 units.  These insns will cause a potential conflict for the second unit
4507 used during their execution and there is no way of representing that
4508 conflict.  We welcome any examples of how function unit conflicts work
4509 in such processors and suggestions for their representation.
4510 @end ifset