OSDN Git Service

2000-12-28 Jeffrey Oldham <oldham@codesourcery.com>
[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 * Overview::            How the machine description is used.
23 * Patterns::            How to write instruction patterns.
24 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
25 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
26 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
27                           from such an insn.
28 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
29                           the assembler code.
30 * Constraints::         When not all operands are general operands.
31 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
32 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
33 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
34 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
35 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
36 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
37 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
38                           for a standard operation.
39 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
40 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
41 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
42 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
43                            predication.
44 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
45                         md file.
46 @end menu
47
48 @node Overview
49 @section Overview of How the Machine Description is Used
50
51 There are three main conversions that happen in the compiler:
52
53 @enumerate
54
55 @item
56 The front end reads the source code and builds a parse tree.
57
58 @item
59 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
60 instruction patterns.
61
62 @item
63 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
64 code.
65
66 @end enumerate
67
68 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
69 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
70 choose the pattern with the right name and apply the operands according
71 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
72 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
73 for are hard-coded in the compiler - it will ignore unnamed patterns and
74 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
75 named pattern it needs, it will abort.
76
77 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
78 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
79 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
80 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
81 invoke DONE.  For certain named patterns, it may invoke FAIL to tell the
82 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
83 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
84 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
85
86 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
87 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
88 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
89 example.
90
91 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
92 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
93 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
94 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
95
96 @node Patterns
97 @section Everything about Instruction Patterns
98 @cindex patterns
99 @cindex instruction patterns
100
101 @findex define_insn
102 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
103 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
104 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
105 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
106
107 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
108
109 @enumerate
110 @item
111 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
112 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
113 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
114 the instruction patterns with those names, if the names are defined
115 in the machine description.
116
117 The absence of a name is indicated by writing an empty string
118 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
119 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
120 to be combined later on.
121
122 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
123 effect; they are equivalent to no name at all.
124
125 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
126 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
127 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
128 to having a nameless pattern for all other purposes.
129
130 @item
131 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
132 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
133 incomplete because it may contain @code{match_operand},
134 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
135 operands of the instruction.
136
137 If the vector has only one element, that element is the template for the
138 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
139 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
140 elements described.
141
142 @item
143 @cindex pattern conditions
144 @cindex conditions, in patterns
145 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
146 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
147
148 @cindex named patterns and conditions
149 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
150 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
151 flags.  The compiler needs to test these conditions during
152 initialization in order to learn exactly which named instructions are
153 available in a particular run.
154
155 @findex operands
156 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
157 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
158 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
159 @code{operands}.
160
161 @item
162 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
163 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
164 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
165
166 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
167 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
168
169 @item
170 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
171 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
172 @end enumerate
173
174 @node Example
175 @section Example of @code{define_insn}
176 @cindex @code{define_insn} example
177
178 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
179
180 @example
181 (define_insn "tstsi"
182   [(set (cc0)
183         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
184   ""
185   "*
186 @{ if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
187     return \"tstl %0\";
188   return \"cmpl #0,%0\"; @}")
189 @end example
190
191 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
192 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
193 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
194 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
195 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
196 can be constructed using this pattern.
197
198 The output control string is a piece of C code which chooses which
199 output template to return based on the kind of operand and the specific
200 type of CPU for which code is being generated.
201
202 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
203
204 @node RTL Template
205 @section RTL Template
206 @cindex RTL insn template
207 @cindex generating insns
208 @cindex insns, generating
209 @cindex recognizing insns
210 @cindex insns, recognizing
211
212 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
213 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
214 says how to construct an insn from specified operands.
215
216 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
217 template.  Matching involves determining the values that serve as the
218 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
219 controlled by special expression types that direct matching and
220 substitution of the operands.
221
222 @table @code
223 @findex match_operand
224 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
225 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
226 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
227 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
228 appears at this position in the insn will be taken as operand
229 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
230 pattern will not match at all.
231
232 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
233 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
234 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
235 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
236 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
237 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
238 other operand numbers.
239
240 @var{predicate} is a string that is the name of a C function that accepts two
241 arguments, an expression and a machine mode.  During matching, the
242 function will be called with the putative operand as the expression and
243 @var{m} as the mode argument (if @var{m} is not specified,
244 @code{VOIDmode} will be used, which normally causes @var{predicate} to accept
245 any mode).  If it returns zero, this instruction pattern fails to match.
246 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be done
247 on the operand, so anything which occurs in this position is valid.
248
249 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
250 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
251 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
252 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
253 @code{VOIDmode}.
254
255 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
256 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
257
258 People are often unclear on the difference between the constraint and the
259 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
260 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
261 controls various decisions in the case of an insn which does match.
262
263 @findex general_operand
264 On CISC machines, the most common @var{predicate} is
265 @code{"general_operand"}.  This function checks that the putative
266 operand is either a constant, a register or a memory reference, and that
267 it is valid for mode @var{m}.
268
269 @findex register_operand
270 For an operand that must be a register, @var{predicate} should be
271 @code{"register_operand"}.  Using @code{"general_operand"} would be
272 valid, since the reload pass would copy any non-register operands
273 through registers, but this would make GNU CC do extra work, it would
274 prevent invariant operands (such as constant) from being removed from
275 loops, and it would prevent the register allocator from doing the best
276 possible job.  On RISC machines, it is usually most efficient to allow
277 @var{predicate} to accept only objects that the constraints allow.
278
279 @findex immediate_operand
280 For an operand that must be a constant, you must be sure to either use
281 @code{"immediate_operand"} for @var{predicate}, or make the instruction
282 pattern's extra condition require a constant, or both.  You cannot
283 expect the constraints to do this work!  If the constraints allow only
284 constants, but the predicate allows something else, the compiler will
285 crash when that case arises.
286
287 @findex match_scratch
288 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
289 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
290 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
291 expression.
292
293 When matching patterns, this is equivalent to
294
295 @smallexample
296 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
297 @end smallexample
298
299 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
300 expression.
301
302 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
303 expressions whose operands are either a hard register or
304 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
305 necessary.  @xref{Side Effects}.
306
307 @findex match_dup
308 @item (match_dup @var{n})
309 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
310 It is used when the operand needs to appear more than once in the
311 insn.
312
313 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
314 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
315 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
316 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
317 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
318 identical-looking expression.
319
320 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
321 a particular register is being used for two operands (example:
322 @code{add} that adds one register to another; the second register is
323 both an input operand and the output operand).  Use a matching
324 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
325 operand is used in two places in the template, such as an instruction
326 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
327 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
328 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
329
330 @findex match_operator
331 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
332 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
333 code.
334
335 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
336 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
337 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
338
339 When matching an expression, it matches an expression if the function
340 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
341 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
342
343 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
344 follows, to match any expression whose operator is one of the
345 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
346
347 @smallexample
348 int
349 commutative_operator (x, mode)
350      rtx x;
351      enum machine_mode mode;
352 @{
353   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
354   if (GET_MODE (x) != mode)
355     return 0;
356   return (GET_RTX_CLASS (code) == 'c'
357           || code == EQ || code == NE);
358 @}
359 @end smallexample
360
361 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
362 of a commutative operator applied to two general operands:
363
364 @smallexample
365 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
366   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
367    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
368 @end smallexample
369
370 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
371 because the expressions to be matched all contain two operands.
372
373 When this pattern does match, the two operands of the commutative
374 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
375 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
376 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
377 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
378
379 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
380 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
381 predicate function, and that function is solely responsible for
382 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
383
384 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
385 the operation (i.e. the expression code) for the expression to be
386 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
387 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
388 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
389 only its expression code matters.
390
391 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
392 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
393 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
394 register allocation because the register allocator often looks at
395 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
396
397 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
398 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
399 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
400 However, if parts of its @var{operands} are matched by
401 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
402 their own.
403
404 @findex match_op_dup
405 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
406 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
407 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
408 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
409 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
410 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
411 recognition template, and it matches only an identical-looking
412 expression.
413
414 @findex match_parallel
415 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
416 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
417 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
418 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
419
420 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
421 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
422 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
423 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
424 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
425 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
426 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
427 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
428 those listed in the @code{match_parallel}.@refill
429
430 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
431 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
432 in a @code{parallel}.  For example,
433 @c the following is *still* going over.  need to change the code.
434 @c also need to work on grouping of this example.  --mew 1feb93
435
436 @smallexample
437 (define_insn ""
438   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
439      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
440            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
441       (use (reg:SI 179))
442       (clobber (reg:SI 179))])]
443   ""
444   "loadm 0,0,%1,%2")
445 @end smallexample
446
447 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
448 @code{load_multiple_operations} is defined in @file{a29k.c} and checks
449 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
450 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
451 registers and memory locations.
452
453 An insn that matches this pattern might look like:
454
455 @smallexample
456 (parallel
457  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
458   (use (reg:SI 179))
459   (clobber (reg:SI 179))
460   (set (reg:SI 21)
461        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
462                         (const_int 4))))
463   (set (reg:SI 22)
464        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
465                         (const_int 8))))])
466 @end smallexample
467
468 @findex match_par_dup
469 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
470 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
471 @code{match_operator}.
472
473 @findex match_insn
474 @item (match_insn @var{predicate})
475 Match a complete insn.  Unlike the other @code{match_*} recognizers,
476 @code{match_insn} does not take an operand number.
477
478 The machine mode @var{m} of @code{match_insn} works like that of
479 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
480 predicate function, and that function is solely responsible for
481 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
482
483 @findex match_insn2
484 @item (match_insn2 @var{n} @var{predicate})
485 Match a complete insn.
486
487 The machine mode @var{m} of @code{match_insn2} works like that of
488 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
489 predicate function, and that function is solely responsible for
490 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
491
492 @end table
493
494 @node Output Template
495 @section Output Templates and Operand Substitution
496 @cindex output templates
497 @cindex operand substitution
498
499 @cindex @samp{%} in template
500 @cindex percent sign
501 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
502 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
503 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
504 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
505 identify places where different variants of the assembler require
506 different syntax.
507
508 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
509 operand @var{n} at that point in the string.
510
511 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
512 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
513 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
514 additional letters with nonstandard meanings.
515
516 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
517 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
518 operand.
519
520 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
521 the constant is negated before printing.
522
523 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
524 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
525 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
526 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
527 as if it were a memory reference.
528
529 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
530 instruction.
531
532 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
533 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
534 referred to more than once in a single template that generates multiple
535 assembler instructions.
536
537 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
538 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
539 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
540 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
541 which punctuation characters are valid with the
542 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
543
544 @cindex \
545 @cindex backslash
546 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
547 for the instructions, with @samp{\;} between them.
548
549 @cindex matching operands
550 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
551 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
552 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
553 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
554 operand.
555
556 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
557 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
558 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
559 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
560 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
561 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
562 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
563 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
564 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
565 it to do nothing.
566
567 @cindex @code{#} in template
568 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
569 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
570 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
571 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
572 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
573 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
574 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
575 instructions.
576
577 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
578 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
579 describe multiple variants of assembler language syntax.
580 @xref{Instruction Output}.
581
582 @node Output Statement
583 @section C Statements for Assembler Output
584 @cindex output statements
585 @cindex C statements for assembler output
586 @cindex generating assembler output
587
588 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
589 assembler code for all the cases that are recognized by a single
590 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
591 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
592 machine instructions.
593
594 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
595 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
596 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
597 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
598 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
599 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
600 might write this pattern:
601
602 @smallexample
603 (define_insn "addsi3"
604   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
605         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
606                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
607   ""
608   "@@
609    addr %2,%0
610    addm %2,%0")
611 @end smallexample
612
613 @cindex @code{*} in template
614 @cindex asterisk in template
615 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
616 output template but rather a piece of C program that should compute a
617 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
618 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
619 require doublequote characters to delimit them.  To include these
620 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
621
622 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
623 is @code{rtx []}.
624
625 It is very common to select different ways of generating assembler code
626 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
627 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
628 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
629 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
630 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
631 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
632 values of those bits.
633
634 @findex output_asm_insn
635 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
636 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
637 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
638 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
639 that you declare locally and initialize yourself.
640
641 @findex which_alternative
642 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
643 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
644 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
645 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
646 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
647 etc.).
648
649 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
650 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
651 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
652
653 @smallexample
654 (define_insn ""
655   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
656         (const_int 0))]
657   ""
658   "*
659   return (which_alternative == 0
660           ? \"clrreg %0\" : \"clrmem %0\");
661   ")
662 @end smallexample
663
664 The example above, where the assembler code to generate was
665 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
666 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
667
668 @smallexample
669 @group
670 (define_insn ""
671   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
672         (const_int 0))]
673   ""
674   "@@
675    clrreg %0
676    clrmem %0")
677 @end group
678 @end smallexample
679 @end ifset
680
681 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
682 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the full
683 @c manual's context are conditionalized to appear only in the full manual.
684 @ifset INTERNALS
685 @node Constraints
686 @section Operand Constraints
687 @cindex operand constraints
688 @cindex constraints
689
690 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify a
691 constraint for the type of operands allowed.
692 @end ifset
693 @ifclear INTERNALS
694 @node Constraints
695 @section Constraints for @code{asm} Operands
696 @cindex operand constraints, @code{asm}
697 @cindex constraints, @code{asm}
698 @cindex @code{asm} constraints
699
700 Here are specific details on what constraint letters you can use with
701 @code{asm} operands.
702 @end ifclear
703 Constraints can say whether
704 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
705 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
706 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
707 have.  Constraints can also require two operands to match.
708
709 @ifset INTERNALS
710 @menu
711 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
712 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
713 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
714 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
715 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
716 @end menu
717 @end ifset
718
719 @ifclear INTERNALS
720 @menu
721 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
722 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
723 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
724 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
725 @end menu
726 @end ifclear
727
728 @node Simple Constraints
729 @subsection Simple Constraints
730 @cindex simple constraints
731
732 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
733 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
734 the letters that are allowed:
735
736 @table @asis
737 @item whitespace
738 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
739 except the first.  This enables each alternative for different operands to
740 be visually aligned in the machine description even if they have different
741 number of constraints and modifiers.
742
743 @cindex @samp{m} in constraint
744 @cindex memory references in constraints
745 @item @samp{m}
746 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
747 supports in general.
748
749 @cindex offsettable address
750 @cindex @samp{o} in constraint
751 @item @samp{o}
752 A memory operand is allowed, but only if the address is
753 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
754 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
755 may be added to the address and the result is also a valid memory
756 address.
757
758 @cindex autoincrement/decrement addressing
759 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
760 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
761 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
762 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
763 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
764 addresses may or may not be offsettable depending on the other
765 addressing modes that the machine supports.
766
767 Note that in an output operand which can be matched by another
768 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
769 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
770 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
771
772 @cindex @samp{V} in constraint
773 @item @samp{V}
774 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
775 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
776
777 @cindex @samp{<} in constraint
778 @item @samp{<}
779 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
780 postdecrement) is allowed.
781
782 @cindex @samp{>} in constraint
783 @item @samp{>}
784 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
785 postincrement) is allowed.
786
787 @cindex @samp{r} in constraint
788 @cindex registers in constraints
789 @item @samp{r}
790 A register operand is allowed provided that it is in a general
791 register.
792
793 @cindex constants in constraints
794 @cindex @samp{i} in constraint
795 @item @samp{i}
796 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
797 This includes symbolic constants whose values will be known only at
798 assembly time.
799
800 @cindex @samp{n} in constraint
801 @item @samp{n}
802 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
803 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
804 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
805 rather than @samp{i}.
806
807 @cindex @samp{I} in constraint
808 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
809 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
810 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
811 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
812 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
813 This is the range permitted as a shift count in the shift
814 instructions.
815
816 @cindex @samp{E} in constraint
817 @item @samp{E}
818 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
819 allowed, but only if the target floating point format is the same as
820 that of the host machine (on which the compiler is running).
821
822 @cindex @samp{F} in constraint
823 @item @samp{F}
824 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
825 allowed.
826
827 @cindex @samp{G} in constraint
828 @cindex @samp{H} in constraint
829 @item @samp{G}, @samp{H}
830 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
831 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
832
833 @cindex @samp{s} in constraint
834 @item @samp{s}
835 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
836 allowed.
837
838 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
839 value not known at compile time, it certainly must allow any known
840 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
841 better code to be generated.
842
843 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
844 use an immediate operand; but if the immediate value is between -128
845 and 127, better code results from loading the value into a register and
846 using the register.  This is because the load into the register can be
847 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
848 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
849 range -128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
850 constraints.
851
852 @cindex @samp{g} in constraint
853 @item @samp{g}
854 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
855 registers that are not general registers.
856
857 @cindex @samp{X} in constraint
858 @item @samp{X}
859 @ifset INTERNALS
860 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
861 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
862 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
863 require a scratch register.
864 @end ifset
865 @ifclear INTERNALS
866 Any operand whatsoever is allowed.
867 @end ifclear
868
869 @cindex @samp{0} in constraint
870 @cindex digits in constraint
871 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
872 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
873 digit is used together with letters within the same alternative, the
874 digit should come last.
875
876 @cindex matching constraint
877 @cindex constraint, matching
878 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
879 that the assembler has only a single operand that fills two roles
880 @ifset INTERNALS
881 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
882 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
883 @end ifset
884 @ifclear INTERNALS
885 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
886 two input operands and an output operand, but on most CISC
887 @end ifclear
888 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
889 input-output operand:
890
891 @smallexample
892 addl #35,r12
893 @end smallexample
894
895 Matching constraints are used in these circumstances.
896 More precisely, the two operands that match must include one input-only
897 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
898 smaller number than the number of the operand that uses it in the
899 constraint.
900
901 @ifset INTERNALS
902 For operands to match in a particular case usually means that they
903 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
904 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
905 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
906 For proper results in such cases, the output template should always
907 use the output-operand's number when printing the operand.
908 @end ifset
909
910 @cindex load address instruction
911 @cindex push address instruction
912 @cindex address constraints
913 @cindex @samp{p} in constraint
914 @item @samp{p}
915 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
916 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
917
918 @findex address_operand
919 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
920 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
921 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
922 reference for which the address would be valid.
923
924 @cindex other register constraints
925 @cindex extensible constraints
926 @item @var{other letters}
927 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
928 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
929 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
930 for data, address and floating point registers.
931
932 @ifset INTERNALS
933 The machine description macro @code{REG_CLASS_FROM_LETTER} has first
934 cut at the otherwise unused letters.  If it evaluates to @code{NO_REGS},
935 then @code{EXTRA_CONSTRAINT} is evaluated.
936
937 A typical use for @code{EXTRA_CONSTRANT} would be to distinguish certain
938 types of memory references that affect other insn operands.
939 @end ifset
940 @end table
941
942 @ifset INTERNALS
943 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
944 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
945 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
946 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
947 done by copying an operand into a register.
948
949 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
950
951 @smallexample
952 (define_insn ""
953   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
954         (plus:SI (match_dup 0)
955                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
956   ""
957   "@dots{}")
958 @end smallexample
959
960 @noindent
961 which has two operands, one of which must appear in two places, and
962
963 @smallexample
964 (define_insn ""
965   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
966         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
967                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
968   ""
969   "@dots{}")
970 @end smallexample
971
972 @noindent
973 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
974 identical.  If we are considering an insn of the form
975
976 @smallexample
977 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
978   (set (reg:SI 3)
979        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
980   @dots{})
981 @end smallexample
982
983 @noindent
984 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
985 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
986 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns.''
987 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
988 is something wrong with it.''  It would direct the reload pass of the
989 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
990 results might look like this:
991
992 @smallexample
993 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
994   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
995   @dots{})
996
997 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
998   (set (reg:SI 3)
999        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1000   @dots{})
1001 @end smallexample
1002
1003 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1004 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1005 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1006 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1007 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1008 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1009 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1010 reloading any possible operand so that it will fit.
1011
1012 @itemize @bullet
1013 @item
1014 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1015 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1016
1017 For example, an operand whose constraints permit everything except
1018 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1019
1020 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1021 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1022 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1023 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1024 more selective.
1025
1026 @item
1027 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1028 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1029 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1030 compiler knows how to copy a register into another register of the
1031 proper class in order to make an instruction valid.
1032
1033 @cindex nonoffsettable memory reference
1034 @cindex memory reference, nonoffsettable
1035 @item
1036 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1037 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1038 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1039
1040 @item
1041 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1042 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1043 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1044 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1045
1046 @item
1047 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1048 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1049 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1050 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1051 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1052 objects allowed by the constraint.
1053 @end itemize
1054
1055 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1056 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1057 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1058 how to copy a register temporarily into memory.
1059
1060 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1061 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1062 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1063 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1064 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1065 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1066 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1067 @code{sign_extend}.
1068 @end ifset
1069
1070 @node Multi-Alternative
1071 @subsection Multiple Alternative Constraints
1072 @cindex multiple alternative constraints
1073
1074 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1075 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1076 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1077 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1078 another.
1079
1080 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1081 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1082 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1083 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1084 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1085 @ifset INTERNALS
1086 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1087
1088 @smallexample
1089 (define_insn "iorsi3"
1090   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1091         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1092                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1093   @dots{})
1094 @end smallexample
1095
1096 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1097 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1098 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1099 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1100 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1101 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1102 @end ifset
1103
1104 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1105 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1106 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1107 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1108 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1109 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1110 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1111
1112 @table @code
1113 @cindex @samp{?} in constraint
1114 @cindex question mark
1115 @item ?
1116 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1117 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1118 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1119 in it.
1120
1121 @cindex @samp{!} in constraint
1122 @cindex exclamation point
1123 @item !
1124 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1125 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1126 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1127 @end table
1128
1129 @ifset INTERNALS
1130 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1131 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1132 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1133 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1134 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1135 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1136 @end ifset
1137
1138 @ifset INTERNALS
1139 @node Class Preferences
1140 @subsection Register Class Preferences
1141 @cindex class preference constraints
1142 @cindex register class preference constraints
1143
1144 @cindex voting between constraint alternatives
1145 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1146 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1147 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1148 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1149 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1150 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1151 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1152 favor of a general register.  The machine description says which registers
1153 are considered general.
1154
1155 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1156 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1157 @end ifset
1158
1159 @node Modifiers
1160 @subsection Constraint Modifier Characters
1161 @cindex modifiers in constraints
1162 @cindex constraint modifier characters
1163
1164 @c prevent bad page break with this line
1165 Here are constraint modifier characters.
1166
1167 @table @samp
1168 @cindex @samp{=} in constraint
1169 @item =
1170 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1171 value is discarded and replaced by output data.
1172
1173 @cindex @samp{+} in constraint
1174 @item +
1175 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1176
1177 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1178 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1179 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1180 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1181 are assumed to be input only.
1182
1183 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1184 first character of the constraint string.
1185
1186 @cindex @samp{&} in constraint
1187 @cindex earlyclobber operand
1188 @item &
1189 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1190 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1191 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1192 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1193 address.
1194
1195 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1196 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1197 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1198 @samp{movdf} insn of the 68000.
1199
1200 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only 
1201 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1202 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1203 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber. 
1204 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM.
1205
1206 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1207
1208 @cindex @samp{%} in constraint
1209 @item %
1210 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1211 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1212 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1213 constraints.
1214 @ifset INTERNALS
1215 This is often used in patterns for addition instructions
1216 that really have only two operands: the result must go in one of the
1217 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1218 instruction is defined:
1219
1220 @smallexample
1221 (define_insn "addhi3"
1222   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1223      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1224               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1225   @dots{})
1226 @end smallexample
1227 @end ifset
1228
1229 @cindex @samp{#} in constraint
1230 @item #
1231 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1232 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1233 register preferences.
1234
1235 @ifset INTERNALS
1236 @cindex @samp{*} in constraint
1237 @item *
1238 Says that the following character should be ignored when choosing
1239 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1240 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1241
1242 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1243 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1244 copying it into an address register.  While either kind of register is
1245 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1246 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1247 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1248 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1249 register preferences.
1250
1251 @smallexample
1252 (define_insn "extendhisi2"
1253   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1254         (sign_extend:SI
1255          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1256   @dots{})
1257 @end smallexample
1258 @end ifset
1259 @end table
1260
1261 @node Machine Constraints
1262 @subsection Constraints for Particular Machines
1263 @cindex machine specific constraints
1264 @cindex constraints, machine specific
1265
1266 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1267 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1268 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1269 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1270 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1271 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1272 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1273 immediate-constant format.
1274
1275 For each machine architecture, the @file{config/@var{machine}.h} file
1276 defines additional constraints.  These constraints are used by the
1277 compiler itself for instruction generation, as well as for @code{asm}
1278 statements; therefore, some of the constraints are not particularly
1279 interesting for @code{asm}.  The constraints are defined through these
1280 macros:
1281
1282 @table @code
1283 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1284 Register class constraints (usually lower case).
1285
1286 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1287 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1288 word size or smaller precision (usually upper case).
1289
1290 @item CONST_DOUBLE_OK_FOR_LETTER_P
1291 Immediate constant constraints, for all floating point constants and for
1292 constants of greater than word size precision (usually upper case).
1293
1294 @item EXTRA_CONSTRAINT
1295 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1296 is only defined for some machines.
1297 @end table
1298
1299 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1300 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1301 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1302 available on some particular machines.
1303
1304 @table @emph
1305 @item ARM family---@file{arm.h}
1306 @table @code
1307 @item f
1308 Floating-point register
1309
1310 @item F
1311 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1312 or 10.0
1313
1314 @item G
1315 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1316 were negated
1317
1318 @item I
1319 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1320 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1321 multiple of 2
1322
1323 @item J
1324 Integer in the range -4095 to 4095
1325
1326 @item K
1327 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1328
1329 @item L
1330 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1331
1332 @item M
1333 Integer in the range 0 to 32
1334
1335 @item Q
1336 A memory reference where the exact address is in a single register
1337 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1338
1339 @item R
1340 An item in the constant pool
1341
1342 @item S
1343 A symbol in the text segment of the current file
1344 @end table
1345
1346 @item AMD 29000 family---@file{a29k.h}
1347 @table @code
1348 @item l
1349 Local register 0
1350
1351 @item b
1352 Byte Pointer (@samp{BP}) register
1353
1354 @item q
1355 @samp{Q} register
1356
1357 @item h
1358 Special purpose register
1359
1360 @item A
1361 First accumulator register
1362
1363 @item a
1364 Other accumulator register
1365
1366 @item f
1367 Floating point register
1368
1369 @item I
1370 Constant greater than 0, less than 0x100
1371
1372 @item J
1373 Constant greater than 0, less than 0x10000
1374
1375 @item K
1376 Constant whose high 24 bits are on (1)
1377
1378 @item L
1379 16 bit constant whose high 8 bits are on (1)
1380
1381 @item M
1382 32 bit constant whose high 16 bits are on (1)
1383
1384 @item N
1385 32 bit negative constant that fits in 8 bits
1386
1387 @item O
1388 The constant 0x80000000 or, on the 29050, any 32 bit constant
1389 whose low 16 bits are 0.
1390
1391 @item P
1392 16 bit negative constant that fits in 8 bits
1393
1394 @item G
1395 @itemx H
1396 A floating point constant (in @code{asm} statements, use the machine
1397 independent @samp{E} or @samp{F} instead)
1398 @end table
1399
1400 @item AVR family---@file{avr.h}
1401 @table @code
1402 @item l
1403 Registers from r0 to r15
1404
1405 @item a
1406 Registers from r16 to r23
1407
1408 @item d
1409 Registers from r16 to r31
1410
1411 @item w
1412 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1413
1414 @item e
1415 Pointer register (r26 - r31)
1416
1417 @item b
1418 Base pointer register (r28 - r31)
1419
1420 @item q
1421 Stack pointer register (SPH:SPL)
1422
1423 @item t
1424 Temporary register r0
1425
1426 @item x
1427 Register pair X (r27:r26)
1428
1429 @item y
1430 Register pair Y (r29:r28)
1431
1432 @item z
1433 Register pair Z (r31:r30)
1434
1435 @item I
1436 Constant greater than -1, less than 64
1437
1438 @item J
1439 Constant greater than -64, less than 1
1440
1441 @item K
1442 Constant integer 2
1443
1444 @item L
1445 Constant integer 0
1446
1447 @item M
1448 Constant that fits in 8 bits
1449
1450 @item N
1451 Constant integer -1
1452
1453 @item O
1454 Constant integer 8, 16, or 24
1455
1456 @item P
1457 Constant integer 1
1458
1459 @item G
1460 A floating point constant 0.0
1461 @end table
1462
1463 @item IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1464 @table @code
1465 @item b
1466 Address base register
1467
1468 @item f
1469 Floating point register
1470
1471 @item h
1472 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1473
1474 @item q
1475 @samp{MQ} register
1476
1477 @item c
1478 @samp{CTR} register
1479
1480 @item l
1481 @samp{LINK} register
1482
1483 @item x
1484 @samp{CR} register (condition register) number 0
1485
1486 @item y
1487 @samp{CR} register (condition register)
1488
1489 @item z
1490 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1491
1492 @item I
1493 Signed 16 bit constant
1494
1495 @item J
1496 Unsigned 16 bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for 
1497 @code{SImode} constants)
1498
1499 @item K
1500 Unsigned 16 bit constant
1501
1502 @item L
1503 Signed 16 bit constant shifted left 16 bits
1504
1505 @item M
1506 Constant larger than 31
1507
1508 @item N
1509 Exact power of 2
1510
1511 @item O
1512 Zero
1513
1514 @item P
1515 Constant whose negation is a signed 16 bit constant
1516
1517 @item G
1518 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1519 instruction per word
1520
1521 @item Q
1522 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1523 for @code{asm} statements)
1524
1525 @item R
1526 AIX TOC entry
1527
1528 @item S
1529 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1530
1531 @item T
1532 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1533
1534 @item U
1535 System V Release 4 small data area reference
1536 @end table
1537
1538 @item Intel 386---@file{i386.h}
1539 @table @code
1540 @item q
1541 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register
1542
1543 @item A
1544 @samp{a}, or @code{d} register (for 64-bit ints)
1545
1546 @item f
1547 Floating point register
1548
1549 @item t
1550 First (top of stack) floating point register
1551
1552 @item u
1553 Second floating point register
1554
1555 @item a
1556 @samp{a} register
1557
1558 @item b
1559 @samp{b} register
1560
1561 @item c
1562 @samp{c} register
1563
1564 @item d
1565 @samp{d} register
1566
1567 @item D
1568 @samp{di} register
1569
1570 @item S
1571 @samp{si} register
1572
1573 @item I
1574 Constant in range 0 to 31 (for 32 bit shifts)
1575
1576 @item J
1577 Constant in range 0 to 63 (for 64 bit shifts)
1578
1579 @item K
1580 @samp{0xff}
1581
1582 @item L
1583 @samp{0xffff}
1584
1585 @item M
1586 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1587
1588 @item N
1589 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1590
1591 @item G
1592 Standard 80387 floating point constant
1593 @end table
1594
1595 @item Intel 960---@file{i960.h}
1596 @table @code
1597 @item f
1598 Floating point register (@code{fp0} to @code{fp3})
1599
1600 @item l
1601 Local register (@code{r0} to @code{r15})
1602
1603 @item b
1604 Global register (@code{g0} to @code{g15})
1605
1606 @item d
1607 Any local or global register
1608
1609 @item I
1610 Integers from 0 to 31
1611
1612 @item J
1613 0
1614
1615 @item K
1616 Integers from -31 to 0
1617
1618 @item G
1619 Floating point 0
1620
1621 @item H
1622 Floating point 1
1623 @end table
1624
1625 @item MIPS---@file{mips.h}
1626 @table @code
1627 @item d
1628 General-purpose integer register
1629
1630 @item f
1631 Floating-point register (if available)
1632
1633 @item h
1634 @samp{Hi} register
1635
1636 @item l
1637 @samp{Lo} register
1638
1639 @item x
1640 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
1641
1642 @item y
1643 General-purpose integer register
1644
1645 @item z
1646 Floating-point status register
1647
1648 @item I
1649 Signed 16 bit constant (for arithmetic instructions)
1650
1651 @item J
1652 Zero
1653
1654 @item K
1655 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
1656
1657 @item L
1658 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
1659
1660 @item M
1661 32 bit constant which requires two instructions to load (a constant
1662 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
1663
1664 @item N
1665 Negative 16 bit constant
1666
1667 @item O
1668 Exact power of two
1669
1670 @item P
1671 Positive 16 bit constant
1672
1673 @item G
1674 Floating point zero
1675
1676 @item Q
1677 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
1678 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1679
1680 @item R
1681 Memory reference that can be loaded with one instruction
1682 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1683
1684 @item S
1685 Memory reference in external OSF/rose PIC format
1686 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1687 @end table
1688
1689 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
1690 @table @code
1691 @item a
1692 Address register
1693
1694 @item d
1695 Data register
1696
1697 @item f
1698 68881 floating-point register, if available
1699
1700 @item x
1701 Sun FPA (floating-point) register, if available
1702
1703 @item y
1704 First 16 Sun FPA registers, if available
1705
1706 @item I
1707 Integer in the range 1 to 8
1708
1709 @item J
1710 16 bit signed number
1711
1712 @item K
1713 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
1714
1715 @item L
1716 Integer in the range -8 to -1
1717
1718 @item M
1719 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
1720
1721 @item G
1722 Floating point constant that is not a 68881 constant
1723
1724 @item H
1725 Floating point constant that can be used by Sun FPA
1726 @end table
1727
1728 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{m68hc11.h}
1729 @table @code
1730 @item a
1731 Register 'a'
1732
1733 @item b
1734 Register 'b'
1735
1736 @item d
1737 Register 'd'
1738
1739 @item q
1740 An 8-bit register
1741
1742 @item t
1743 Temporary soft register _.tmp
1744
1745 @item u
1746 A soft register _.d1 to _.d31
1747
1748 @item w
1749 Stack pointer register
1750
1751 @item x
1752 Register 'x'
1753
1754 @item y
1755 Register 'y'
1756
1757 @item z
1758 Pseudo register 'z' (replaced by 'x' or 'y' at the end)
1759
1760 @item A
1761 An address register: x, y or z
1762
1763 @item B
1764 An address register: x or y
1765
1766 @item D
1767 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
1768
1769 @item L
1770 Constants in the range -65536 to 65535
1771
1772 @item M
1773 Constants whose 16-bit low part is zero
1774
1775 @item N
1776 Constant integer 1 or -1
1777
1778 @item O
1779 Constant integer 16
1780
1781 @item P
1782 Constants in the range -8 to 2
1783
1784 @end table
1785
1786 @need 1000
1787 @item SPARC---@file{sparc.h}
1788 @table @code
1789 @item f
1790 Floating-point register that can hold 32 or 64 bit values.
1791
1792 @item e
1793 Floating-point register that can hold 64 or 128 bit values.
1794
1795 @item I
1796 Signed 13 bit constant
1797
1798 @item J
1799 Zero
1800
1801 @item K
1802 32 bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
1803 loaded with the @code{sethi} instruction)
1804
1805 @item G
1806 Floating-point zero
1807
1808 @item H
1809 Signed 13 bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
1810
1811 @item Q
1812 Floating-point constant whose integral representation can
1813 be moved into an integer register using a single sethi
1814 instruction
1815
1816 @item R
1817 Floating-point constant whose integral representation can
1818 be moved into an integer register using a single mov
1819 instruction
1820
1821 @item S
1822 Floating-point constant whose integral representation can
1823 be moved into an integer register using a high/lo_sum
1824 instruction sequence
1825
1826 @item T
1827 Memory address aligned to an 8-byte boundary
1828
1829 @item U
1830 Even register
1831
1832 @end table
1833
1834 @item TMS320C3x/C4x---@file{c4x.h}
1835 @table @code
1836 @item a
1837 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
1838
1839 @item b
1840 Stack pointer register (sp)
1841
1842 @item c
1843 Standard (32 bit) precision integer register
1844
1845 @item f
1846 Extended (40 bit) precision register (r0-r11)
1847
1848 @item k
1849 Block count register (bk)
1850
1851 @item q
1852 Extended (40 bit) precision low register (r0-r7)
1853
1854 @item t
1855 Extended (40 bit) precision register (r0-r1)
1856
1857 @item u
1858 Extended (40 bit) precision register (r2-r3)
1859
1860 @item v
1861 Repeat count register (rc)
1862
1863 @item x
1864 Index register (ir0-ir1)
1865
1866 @item y
1867 Status (condition code) register (st)
1868
1869 @item z
1870 Data page register (dp)
1871
1872 @item G
1873 Floating-point zero
1874
1875 @item H
1876 Immediate 16 bit floating-point constant
1877
1878 @item I
1879 Signed 16 bit constant
1880
1881 @item J
1882 Signed 8 bit constant
1883
1884 @item K
1885 Signed 5 bit constant
1886
1887 @item L
1888 Unsigned 16 bit constant
1889
1890 @item M
1891 Unsigned 8 bit constant
1892
1893 @item N
1894 Ones complement of unsigned 16 bit constant
1895
1896 @item O
1897 High 16 bit constant (32 bit constant with 16 LSBs zero)
1898
1899 @item Q
1900 Indirect memory reference with signed 8 bit or index register displacement 
1901
1902 @item R
1903 Indirect memory reference with unsigned 5 bit displacement
1904
1905 @item S
1906 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement 
1907
1908 @item T
1909 Direct memory reference
1910
1911 @item U
1912 Symbolic address
1913
1914 @end table
1915 @end table
1916
1917 @ifset INTERNALS
1918 @node Standard Names
1919 @section Standard Pattern Names For Generation
1920 @cindex standard pattern names
1921 @cindex pattern names
1922 @cindex names, pattern
1923
1924 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
1925 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
1926 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
1927 pattern to accomplish a certain task.
1928
1929 @table @asis
1930 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
1931 @item @samp{mov@var{m}}
1932 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lower case.
1933 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
1934 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
1935
1936 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
1937 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
1938 to store the specified value in the part of the register that corresponds
1939 to mode @var{m}.  The effect on the rest of the register is undefined.
1940
1941 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
1942 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
1943 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
1944 If there are patterns accepting operands in larger modes,
1945 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
1946
1947 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
1948 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
1949 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
1950 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
1951 into a register.
1952
1953 @findex force_reg
1954 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
1955 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
1956 registers other than the operands.  For example, if you support the
1957 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
1958 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
1959 function which might generate new pseudo registers.
1960
1961 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
1962 fetching those modes from memory normally requires several insns and
1963 some temporary registers.  Look in @file{spur.md} to see how the
1964 requirement can be satisfied.
1965
1966 @findex change_address
1967 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
1968 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
1969 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
1970 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
1971 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
1972 an address into a valid address and no routine (such as
1973 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
1974 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
1975
1976 @findex reload_in_progress
1977 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
1978 declared if required) can be used to determine whether such special
1979 handling is required.
1980
1981 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
1982 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
1983 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
1984 machines explicit memory references will get optional reloads.
1985
1986 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
1987 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
1988
1989 If there are cases needing
1990 scratch registers after reload, you must define
1991 @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and perhaps also
1992 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
1993 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
1994 them.  @xref{Register Classes}.
1995
1996 @findex no_new_pseudos
1997 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
1998 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
1999 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
2000
2001 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
2002 register to any other hard register provided that
2003 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
2004 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
2005
2006 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
2007 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
2008 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
2009 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
2010 point members.
2011
2012 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
2013 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
2014 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
2015 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
2016 floating point registers, then the constraints of the fixed point
2017 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
2018 reload into a floating point register.
2019
2020 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
2021 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
2022 @item @samp{reload_in@var{m}}
2023 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
2024 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
2025 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
2026 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
2027 macro in @pxref{Register Classes}.
2028
2029 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
2030 @item @samp{movstrict@var{m}}
2031 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
2032 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
2033 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
2034 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
2035
2036 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
2037 @item @samp{load_multiple}
2038 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
2039 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
2040 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
2041 number of consecutive registers.
2042
2043 Define this only if the target machine really has such an instruction;
2044 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
2045 registers from memory is to do them one at a time.
2046
2047 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
2048 registers can be stored into memory, such as particular starting or
2049 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
2050 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
2051 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
2052
2053 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
2054 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
2055 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
2056 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
2057 @file{a29k.md} and @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn
2058 pattern.
2059
2060 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
2061 @item @samp{store_multiple}
2062 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
2063 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
2064 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
2065 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
2066
2067 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
2068 @item @samp{add@var{m}3}
2069 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
2070 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
2071 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
2072
2073 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
2074 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
2075 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
2076 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
2077 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
2078 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
2079 @cindex @code{smin@var{m}3} instruction pattern
2080 @cindex @code{smax@var{m}3} instruction pattern
2081 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
2082 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
2083 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
2084 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
2085 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
2086 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
2087 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}, @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
2088 @itemx @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}, @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
2089 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
2090 Similar, for other arithmetic operations.
2091
2092 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
2093 @item @samp{mulhisi3}
2094 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
2095 a @code{SImode} product in operand 0.
2096
2097 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
2098 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
2099 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
2100 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
2101
2102 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
2103 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
2104 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
2105 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
2106 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
2107 multiplication.
2108
2109 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2110 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
2111 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
2112 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
2113 The least significant half of the product is discarded.
2114
2115 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2116 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
2117 Similar, but the multiplication is unsigned.
2118
2119 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
2120 @item @samp{divmod@var{m}4}
2121 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
2122 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
2123 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
2124
2125 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
2126 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
2127 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
2128 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
2129 and remainder are computed.
2130
2131 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
2132 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
2133 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
2134 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
2135 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
2136
2137 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
2138 @item @samp{udivmod@var{m}4}
2139 Similar, but does unsigned division.
2140
2141 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
2142 @item @samp{ashl@var{m}3}
2143 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
2144 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
2145 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
2146 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
2147 mode before generating the instruction.
2148
2149 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
2150 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
2151 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
2152 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
2153 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
2154 Other shift and rotate instructions, analogous to the
2155 @code{ashl@var{m}3} instructions.
2156
2157 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
2158 @item @samp{neg@var{m}2}
2159 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
2160
2161 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
2162 @item @samp{abs@var{m}2}
2163 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
2164
2165 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
2166 @item @samp{sqrt@var{m}2}
2167 Store the square root of operand 1 into operand 0.
2168
2169 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
2170 corresponds to the C data type @code{double}.
2171
2172 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
2173 @item @samp{ffs@var{m}2}
2174 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
2175 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
2176 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
2177 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
2178 generating the instruction.
2179
2180 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
2181 corresponds to the C data type @code{int}.
2182
2183 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
2184 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
2185 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
2186
2187 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
2188 @item @samp{cmp@var{m}}
2189 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
2190 The RTL pattern should look like this:
2191
2192 @smallexample
2193 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2194                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
2195 @end smallexample
2196
2197 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
2198 @item @samp{tst@var{m}}
2199 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
2200 The RTL pattern should look like this:
2201
2202 @smallexample
2203 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
2204 @end smallexample
2205
2206 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
2207 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
2208 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
2209 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
2210
2211 @cindex @code{movstr@var{m}} instruction pattern
2212 @item @samp{movstr@var{m}}
2213 Block move instruction.  The addresses of the destination and source
2214 strings are the first two operands, and both are in mode @code{Pmode}.
2215
2216 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
2217 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
2218 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
2219 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
2220 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
2221 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
2222 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
2223
2224 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
2225 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
2226 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
2227 it may provide the value 4 for this operand.
2228
2229 Descriptions of multiple @code{movstr@var{m}} patterns can only be
2230 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
2231 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
2232 in @code{movstr@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
2233 individually moved data units in the block.
2234
2235 These patterns need not give special consideration to the possibility
2236 that the source and destination strings might overlap.
2237
2238 @cindex @code{clrstr@var{m}} instruction pattern
2239 @item @samp{clrstr@var{m}}
2240 Block clear instruction.  The addresses of the destination string is the
2241 first operand, in mode @code{Pmode}.  The number of bytes to clear is
2242 the second operand, in mode @var{m}.  See @samp{movstr@var{m}} for
2243 a discussion of the choice of mode.
2244
2245 The third operand is the known alignment of the destination, in the form
2246 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
2247 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
2248 operand.
2249
2250 The use for multiple @code{clrstr@var{m}} is as for @code{movstr@var{m}}.
2251
2252 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
2253 @item @samp{cmpstr@var{m}}
2254 Block compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
2255 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
2256 of @samp{movstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
2257 byte by byte in lexicographic order.  The effect of the instruction is
2258 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
2259 comparison.
2260
2261 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
2262 @item @samp{strlen@var{m}}
2263 Compute the length of a string, with three operands.
2264 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
2265 a @code{mem} referring to the first character of the string,
2266 operand 2 is the character to search for (normally zero),
2267 and operand 3 is a constant describing the known alignment
2268 of the beginning of the string.
2269
2270 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
2271 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
2272 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
2273 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2274 @var{n}).
2275
2276 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
2277 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
2278 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
2279 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2280 @var{n}).
2281
2282 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
2283 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
2284 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2285 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
2286 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
2287 the value of operand 1 is an integer.
2288
2289 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
2290 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
2291 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2292 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
2293 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
2294 value of operand 1 is an integer.
2295
2296 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
2297 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
2298 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
2299 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
2300 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
2301
2302 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2303 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
2304 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
2305 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2306
2307 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2308 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
2309 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
2310 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2311
2312 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
2313 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
2314 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2315 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2316 point or both floating point.
2317
2318 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
2319 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
2320 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2321 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2322 point or both floating point.
2323
2324 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
2325 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
2326 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2327 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2328 point.
2329
2330 @cindex @code{extv} instruction pattern
2331 @item @samp{extv}
2332 Extract a bit field from operand 1 (a register or memory operand), where
2333 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
2334 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
2335 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
2336 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
2337 be valid for @code{word_mode}.
2338
2339 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2340 for operands 2 and 3.
2341
2342 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
2343 before it is stored in operand 0.
2344
2345 @cindex @code{extzv} instruction pattern
2346 @item @samp{extzv}
2347 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
2348
2349 @cindex @code{insv} instruction pattern
2350 @item @samp{insv}
2351 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a bit
2352 field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
2353 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
2354 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
2355 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
2356
2357 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2358 for operands 1 and 2.
2359
2360 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
2361 @item @samp{mov@var{mode}cc}
2362 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
2363 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
2364 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
2365
2366 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
2367 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
2368 conditionally move an integer value based on the floating point condition
2369 codes and vice versa.
2370
2371 If the machine does not have conditional move instructions, do not
2372 define these patterns.
2373
2374 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
2375 @item @samp{s@var{cond}}
2376 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
2377 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
2378 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
2379 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
2380
2381 You specify the mode that the operand must have when you write the
2382 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
2383 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
2384
2385 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
2386 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
2387 you should omit it from the machine description.  You describe to the
2388 compiler exactly which value is stored by defining the macro
2389 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
2390 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
2391 should omit those operations from the machine description.
2392
2393 These operations may fail, but should do so only in relatively
2394 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
2395 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
2396
2397 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
2398 that copies the constant one to the target and branches around an
2399 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
2400 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
2401 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
2402 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
2403 the machine description.
2404
2405 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
2406 @item @samp{b@var{cond}}
2407 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
2408 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
2409 condition @var{cond}.
2410
2411 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
2412 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
2413 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
2414 simply store the operands away and generate all the required insns in a
2415 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
2416 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
2417 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
2418 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
2419
2420 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
2421 where the mode used for the comparison depends on the condition being
2422 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
2423
2424 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
2425 @samp{s@var{cond}} patterns.
2426
2427 @cindex @code{jump} instruction pattern
2428 @item @samp{jump}
2429 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
2430 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
2431 on all machines.
2432
2433 @cindex @code{call} instruction pattern
2434 @item @samp{call}
2435 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
2436 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
2437 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
2438 operands.
2439
2440 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
2441 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
2442 to put this information into the assembler code; they can put it in
2443 the RTL instead of operand 1.
2444
2445 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
2446 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
2447 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
2448 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
2449 instruction, the pattern for this operation should be a
2450 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
2451 address into a register and uses that register in the call instruction.
2452
2453 @cindex @code{call_value} instruction pattern
2454 @item @samp{call_value}
2455 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
2456 register in which the value is returned.  There are three more
2457 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
2458 instruction (but with numbers increased by one).
2459
2460 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
2461 insn.
2462
2463 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
2464 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
2465 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
2466 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
2467 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is non-zero.  They should emit a @code{parallel}
2468 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
2469 adjustment made to the frame pointer.
2470
2471 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be non-zero, the use of these
2472 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
2473 can be eliminated, if desired.
2474
2475 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
2476 @item @samp{untyped_call}
2477 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
2478 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
2479 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
2480 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2481 the saving of a function return value into the result block.
2482
2483 This instruction pattern should be defined to support
2484 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
2485 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
2486 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
2487 multiple registers that can hold a return value (i.e.
2488 @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
2489
2490 @cindex @code{return} instruction pattern
2491 @item @samp{return}
2492 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
2493 defined only if a single instruction can do all the work of returning
2494 from a function.
2495
2496 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
2497 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
2498 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
2499 some class of functions only requires one instruction to implement a
2500 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
2501 to save any registers or allocate stack space.
2502
2503 @findex reload_completed
2504 @findex leaf_function_p
2505 For such machines, the condition specified in this pattern should only
2506 be true when @code{reload_completed} is non-zero and the function's
2507 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
2508 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
2509 a register window push is required.
2510
2511 Machines that have conditional return instructions should define patterns
2512 such as
2513
2514 @smallexample
2515 (define_insn ""
2516   [(set (pc)
2517         (if_then_else (match_operator
2518                          0 "comparison_operator"
2519                          [(cc0) (const_int 0)])
2520                       (return)
2521                       (pc)))]
2522   "@var{condition}"
2523   "@dots{}")
2524 @end smallexample
2525
2526 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
2527 named @samp{return} pattern.
2528
2529 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
2530 @item @samp{untyped_return}
2531 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
2532 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
2533 instructions are needed to return a value of any type.
2534
2535 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
2536 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
2537 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2538 the restoring of a function return value from the result block.
2539
2540 @cindex @code{nop} instruction pattern
2541 @item @samp{nop}
2542 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
2543 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
2544 RTL pattern.
2545
2546 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
2547 @item @samp{indirect_jump}
2548 An instruction to jump to an address which is operand zero.
2549 This pattern name is mandatory on all machines.
2550
2551 @cindex @code{casesi} instruction pattern
2552 @item @samp{casesi}
2553 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
2554 This instruction takes five operands:
2555
2556 @enumerate
2557 @item
2558 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
2559
2560 @item
2561 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
2562
2563 @item
2564 The total range of indices in the table---the largest index
2565 minus the smallest one (both inclusive).
2566
2567 @item
2568 A label that precedes the table itself.
2569
2570 @item
2571 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
2572 (If the machine-description macro @code{CASE_DROPS_THROUGH} is defined,
2573 then an out-of-bounds index drops through to the code following
2574 the jump table instead of jumping to this label.  In that case,
2575 this label is not actually used by the @samp{casesi} instruction,
2576 but it is always provided as an operand.)
2577 @end enumerate
2578
2579 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
2580 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
2581 difference between the upper bound and the lower bound.
2582
2583 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
2584 @item @samp{tablejump}
2585 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
2586 capability which can be used to implement a dispatch table when there
2587 is no @samp{casesi} pattern.
2588
2589 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
2590 which should immediately precede the jump table.  If the macro
2591 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
2592 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
2593 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
2594 mode @code{Pmode}.
2595
2596 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
2597 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
2598 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
2599 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
2600
2601
2602 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
2603 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
2604 Conditional branch instruction that decrements a register and
2605 jumps if the register is non-zero.  Operand 0 is the register to
2606 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
2607 register is non-zero.  @xref{Looping Patterns}
2608
2609 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
2610 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
2611 reduction is enabled.
2612
2613 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
2614 @item @samp{doloop_end}
2615 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
2616 the register is non-zero.  This instruction takes five operands: Operand
2617 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
2618 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
2619 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
2620 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
2621 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
2622 1); operand 4 is the label to jump to if the register is non-zero.
2623 @xref{Looping Patterns}
2624
2625 This optional instruction pattern should be defined for machines with
2626 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
2627 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
2628 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
2629 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
2630 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
2631 too large for this instruction, make it fail.
2632
2633 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
2634 @item @samp{doloop_begin}
2635 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
2636 need to perform some initialisation, such as loading special registers
2637 used by a low-overhead looping instruction.  If initialisation insns do
2638 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
2639 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
2640
2641
2642 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
2643 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
2644 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
2645 into operand 0.
2646
2647 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
2648 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
2649 and also has mode @code{Pmode}.
2650
2651 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
2652 the address of the function which would be called if the function
2653 pointer were used in an indirect call.
2654
2655 Only define this pattern if function pointers on the target machine
2656 can have different values but still call the same function when
2657 used in an indirect call.
2658
2659 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
2660 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
2661 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
2662 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
2663 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
2664 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
2665 @item @samp{save_stack_block}
2666 @itemx @samp{save_stack_function}
2667 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
2668 @itemx @samp{restore_stack_block}
2669 @itemx @samp{restore_stack_function}
2670 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
2671 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
2672 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
2673 such machines.
2674
2675 Some machines require special handling for stack pointer saves and
2676 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
2677 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
2678 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
2679 saves and restores are:
2680
2681 @enumerate
2682 @item
2683 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
2684 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
2685 restores the stack pointer when the block is exited.
2686
2687 @item
2688 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
2689 similar job for the outermost block of a function and are used when the
2690 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
2691 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
2692 restore sequence on some machines.
2693
2694 @item
2695 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
2696 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
2697 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
2698 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
2699 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
2700 and restoring additional data such as register window information or
2701 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
2702 such required data.
2703 @end enumerate
2704
2705 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
2706 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
2707 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
2708 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
2709 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
2710 for a particular type of save (either because no save is needed or
2711 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
2712 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
2713 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
2714 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
2715
2716 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
2717 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
2718 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
2719
2720 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
2721 @item @samp{allocate_stack}
2722 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
2723 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
2724
2725 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
2726 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
2727 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
2728 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
2729 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
2730 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
2731 stack is free.
2732
2733 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
2734 Some machines require other operations such as stack probes or
2735 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
2736 operations in addition to updating the stack pointer.
2737
2738 @cindex @code{probe} instruction pattern
2739 @item @samp{probe}
2740 Some machines require instructions to be executed after space is
2741 allocated from the stack, for example to generate a reference at
2742 the bottom of the stack.
2743
2744 If you need to emit instructions before the stack has been adjusted,
2745 put them into the @samp{allocate_stack} pattern.  Otherwise, define
2746 this pattern to emit the required instructions.
2747
2748 No operands are provided.
2749
2750 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
2751 @item @samp{check_stack}
2752 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
2753 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
2754 to perform the needed check and signaling an error if the stack
2755 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
2756 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
2757 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
2758 limit from a global or thread-specific variable or register.
2759
2760 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
2761 @item @samp{nonlocal_goto}
2762 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
2763 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
2764 each representing a value to be used in the jump.  The first
2765 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
2766 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
2767 the third is the address of a location where the stack is saved,
2768 and the last is the address of the label, to be placed in the
2769 location for the incoming static chain.
2770
2771 On most machines you need not define this pattern, since GNU CC will
2772 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
2773 and static chain, restore the stack (using the
2774 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
2775 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
2776 not work on your machine.
2777
2778 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
2779 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
2780 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
2781 nonlocal goto after the code already generated by GNU CC.  You will not
2782 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
2783 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
2784 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
2785 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
2786 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
2787 There are no arguments.
2788
2789 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
2790 @item @samp{exception_receiver}
2791 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
2792 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
2793 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
2794 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
2795 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
2796 an exception.  There are no arguments.
2797
2798 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
2799 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
2800 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
2801 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
2802 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
2803 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
2804 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
2805 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
2806 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
2807 the first three are normally used by the generic mechanism.
2808
2809 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
2810 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
2811 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
2812 builtin setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
2813 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
2814 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
2815 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
2816 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
2817 at a small offset from that label.
2818
2819 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
2820 @item @samp{builtin_longjmp}
2821 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
2822 You will not normally need to define this pattern unless you also define
2823 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
2824 @code{jmp_buf}.
2825
2826 @cindex @code{eh_epilogue} instruction pattern
2827 @item @samp{eh_epilogue}
2828 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
2829 and thence @code{__throw} are built.  It is intended to allow communication
2830 between the exception handling machinery and the normal epilogue code
2831 for the target.
2832
2833 The pattern takes three arguments.  The first is the exception context
2834 pointer.  This will have already been copied to the function return
2835 register appropriate for a pointer; normally this can be ignored.  The
2836 second argument is an offset to be added to the stack pointer.  It will 
2837 have been copied to some arbitrary call-clobbered hard reg so that it
2838 will survive until after reload to when the normal epilogue is generated. 
2839 The final argument is the address of the exception handler to which
2840 the function should return.  This will normally need to copied by the
2841 pattern to some special register.
2842
2843 This pattern must be defined if @code{RETURN_ADDR_RTX} does not yield
2844 something that can be reliably and permanently modified, i.e. a fixed
2845 hard register or a stack memory reference.
2846
2847 @cindex @code{prologue} instruction pattern
2848 @item @samp{prologue}
2849 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
2850 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
2851 pointer register, saving callee saved registers, etc.
2852
2853 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
2854 @code{FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
2855
2856 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
2857 instruction scheduling.
2858
2859 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
2860 @item @samp{epilogue}
2861 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function.  The function
2862 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
2863 registers and emitting the return instruction.
2864
2865 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
2866 @code{FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the prologue.
2867
2868 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
2869 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
2870
2871 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
2872 @item @samp{sibcall_epilogue}
2873 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
2874 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
2875 sibling call (aka tail call) sites.
2876
2877 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
2878 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
2879 function.  
2880
2881 @cindex @code{trap} instruction pattern
2882 @item @samp{trap}
2883 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
2884 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
2885 frontend to signal `invalid array index' exceptions.
2886
2887 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
2888 @item @samp{conditional_trap}
2889 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
2890 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
2891
2892 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
2893
2894 @smallexample
2895 (define_insn "conditional_trap"
2896   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator" 
2897              [(cc0) (const_int 0)])
2898             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
2899   ""
2900   "@dots{}")
2901 @end smallexample
2902
2903 @cindex @code{cycle_display} instruction pattern
2904 @item @samp{cycle_display}
2905
2906 This pattern, if present, will be emitted by the instruction scheduler at
2907 the beginning of each new clock cycle.  This can be used for annotating the
2908 assembler output with cycle counts.  Operand 0 is a @code{const_int} that
2909 holds the clock cycle.
2910
2911 @end table
2912
2913 @node Pattern Ordering
2914 @section When the Order of Patterns Matters
2915 @cindex Pattern Ordering
2916 @cindex Ordering of Patterns
2917
2918 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
2919 pattern that appears first in the machine description is the one used.
2920 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
2921 and faster instructions (those that will produce better code when they
2922 do match) should usually go first in the description.
2923
2924 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
2925 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
2926 instruction for converting a fullword to floating point and another
2927 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
2928 an integer to floating point could match either one.  We put the
2929 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
2930 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
2931 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
2932 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
2933 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
2934 constant value.
2935
2936 @node Dependent Patterns
2937 @section Interdependence of Patterns
2938 @cindex Dependent Patterns
2939 @cindex Interdependence of Patterns
2940
2941 Every machine description must have a named pattern for each of the
2942 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
2943 must always have the form
2944
2945 @example
2946 (set (pc)
2947      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
2948                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
2949                    (pc)))
2950 @end example
2951
2952 @noindent
2953 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
2954 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
2955 look like
2956
2957 @example
2958 (set (pc)
2959      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
2960                    (pc)
2961                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
2962 @end example
2963
2964 @noindent
2965 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
2966 branches into reverse-conditional branches.
2967
2968 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
2969 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
2970 example,
2971
2972 @example
2973 (define_insn ""
2974   [(set (pc)
2975         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
2976                                       [(cc0) (const_int 0)])
2977                       (pc)
2978                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
2979   "@var{condition}"
2980   "@dots{}")
2981 @end example
2982
2983 In some cases machines support instructions identical except for the
2984 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
2985 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
2986 patterns are
2987
2988 @example
2989 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
2990      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
2991
2992 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
2993      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
2994 @end example
2995
2996 @noindent
2997 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
2998 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
2999 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
3000 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
3001 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
3002 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
3003
3004 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
3005 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
3006 compilations.
3007
3008 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
3009 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
3010 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
3011 you should not provide separate patterns for increment and decrement
3012 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
3013 that supports register-register add insns by examining the operands and
3014 generating the appropriate machine instruction.
3015
3016 @node Jump Patterns
3017 @section Defining Jump Instruction Patterns
3018 @cindex jump instruction patterns
3019 @cindex defining jump instruction patterns
3020
3021 For most machines, GNU CC assumes that the machine has a condition code.
3022 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
3023 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
3024 insn tests the condition code and branches or not according its value.
3025 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
3026 common machines, such as the Vax, the 68000 and the 32000, work this
3027 way.
3028
3029 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
3030 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
3031 these machines is to treat them just like the others until the final stage
3032 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
3033 compare instruction, peek ahead at the following branch using
3034 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
3035 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
3036 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
3037 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
3038 can treat signed and unsigned branches identically.
3039
3040 The reason you can do this is that GNU CC always generates a pair of
3041 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
3042 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
3043 until the end.
3044
3045 To go with this technique, you must define the machine-description macro
3046 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
3047 compare instruction is superfluous.
3048
3049 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
3050 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
3051 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
3052 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
3053 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
3054
3055 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
3056 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
3057 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
3058 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
3059 above in addition to any special patterns you define.
3060
3061 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
3062 code and there may not even be a separate condition code register.  On
3063 these machines, the restriction that the definition and use of the
3064 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
3065 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
3066 delay for taken branches unless the condition code register is set three
3067 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
3068 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
3069 separate the definition and use of the condition code register.
3070
3071 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
3072 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
3073 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
3074 comparison result can be placed in any general register, or if there are
3075 multiple condition registers, use a pseudo register.
3076
3077 @findex prev_cc0_setter
3078 @findex next_cc0_user
3079 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
3080 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
3081 Sparc, setting the condition code directly from an add or subtract
3082 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
3083 instruction does, so a different branch instruction must be used for
3084 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
3085 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
3086 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
3087 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
3088 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
3089 and @code{next_cc0_user}.
3090
3091 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
3092 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
3093 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
3094 we use the machine mode of the condition code register to record
3095 different formats of the condition code register.
3096
3097 Registers used to store the condition code value should have a mode that
3098 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
3099 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
3100 the Sparc), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
3101 additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
3102 @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
3103
3104 If it is known during RTL generation that a different mode will be
3105 required (for example, if the machine has separate compare instructions
3106 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
3107 be specified at that time.
3108
3109 If the cases that require different modes would be made by instruction
3110 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
3111 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
3112 written using that mode.  To support the case of the add on the Sparc
3113 discussed above, we have the pattern
3114
3115 @smallexample
3116 (define_insn ""
3117   [(set (reg:CC_NOOV 0)
3118         (compare:CC_NOOV
3119           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
3120                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
3121           (const_int 0)))]
3122   ""
3123   "@dots{}")
3124 @end smallexample
3125
3126 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the Sparc returns @code{CC_NOOVmode}
3127 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
3128
3129 @node Looping Patterns
3130 @section Defining Looping Instruction Patterns
3131 @cindex looping instruction patterns
3132 @cindex defining looping instruction patterns
3133
3134 Some machines have special jump instructions that can be utilised to
3135 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
3136 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
3137 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
3138 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
3139 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
3140 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
3141 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
3142 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
3143 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls asociated with
3144 the jump.
3145
3146 GNU CC has three special named patterns to support low overhead looping,
3147 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin}, and
3148 @samp{doloop_end}.  The first pattern,
3149 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
3150 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
3151 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
3152 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
3153 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
3154 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
3155 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
3156 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
3157 following for its @code{dbra} instruction:
3158
3159 @smallexample
3160 @group
3161 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3162   [(set (pc)
3163         (if_then_else
3164           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3165                        (const_int -1))
3166               (const_int 0))
3167           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3168           (pc)))
3169    (set (match_dup 0)
3170         (plus:SI (match_dup 0)
3171                  (const_int -1)))]
3172   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3173   "...")
3174 @end group
3175 @end smallexample
3176
3177 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
3178 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
3179 since this insn is generated by the instruction combination phase
3180 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
3181 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
3182 decrement operation, in this case -1.  Note that the following similar
3183 pattern will not be matched by the combiner.
3184
3185 @smallexample
3186 @group
3187 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3188   [(set (pc)
3189         (if_then_else
3190           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3191               (const_int 1))
3192           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3193           (pc)))
3194    (set (match_dup 0)
3195         (plus:SI (match_dup 0)
3196                  (const_int -1)))]
3197   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3198   "...")
3199 @end group
3200 @end smallexample
3201
3202 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
3203 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimiser for certain
3204 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
3205 information collected during strength reduction.  
3206
3207 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
3208 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
3209 is an optional companion pattern that can be used for initialisation
3210 needed for some low-overhead looping instructions.
3211
3212 Note that some machines require the actual looping instruction to be
3213 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
3214 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
3215 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
3216 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
3217 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
3218 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
3219 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
3220 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
3221 desired special iteration counter register was not allocated, this
3222 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
3223 instruction pair.
3224
3225 The essential difference between the
3226 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
3227 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
3228 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
3229 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
3230 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
3231 may become redundant and removed by the flow pass.
3232
3233
3234 @node Insn Canonicalizations
3235 @section Canonicalization of Instructions
3236 @cindex canonicalization of instructions
3237 @cindex insn canonicalization
3238
3239 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
3240 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
3241 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
3242 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
3243 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
3244 number of insn patterns required.
3245
3246 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
3247 are performed:
3248
3249 @itemize @bullet
3250 @item
3251 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
3252 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
3253 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
3254 be supplied.
3255
3256 @cindex @code{neg}, canonicalization of
3257 @cindex @code{not}, canonicalization of
3258 @cindex @code{mult}, canonicalization of
3259 @cindex @code{plus}, canonicalization of
3260 @cindex @code{minus}, canonicalization of
3261 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
3262 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
3263 first operand.
3264
3265 @cindex @code{compare}, canonicalization of
3266 @item
3267 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
3268 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
3269 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
3270 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
3271 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
3272 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
3273 such an instruction.
3274
3275 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
3276 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
3277 above.
3278
3279 @item
3280 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
3281 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
3282
3283 @item
3284 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
3285 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
3286
3287 @cindex @code{ior}, canonicalization of
3288 @cindex @code{and}, canonicalization of
3289 @cindex De Morgan's law
3290 @item
3291 De`Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
3292 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
3293 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
3294
3295 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
3296 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
3297 for that instruction as
3298
3299 @example
3300 (define_insn ""
3301   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3302         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3303                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
3304   "@dots{}"
3305   "@dots{}")
3306 @end example
3307
3308 @noindent
3309 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
3310
3311 @example
3312 (define_insn ""
3313   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3314         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3315                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
3316   "@dots{}"
3317   "@dots{}")
3318 @end example
3319
3320 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
3321 logically equivalent RTL expressions.
3322
3323 @cindex @code{xor}, canonicalization of
3324 @item
3325 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
3326 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
3327 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.@refill
3328
3329 @item
3330 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
3331 the form
3332
3333 @example
3334 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
3335 @end example
3336
3337 @item
3338 On machines that do not use @code{cc0},
3339 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
3340 @var{x}.@refill
3341
3342 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
3343 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
3344 @item
3345 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
3346 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
3347 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
3348
3349 @end itemize
3350
3351 @node Expander Definitions
3352 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
3353 @cindex expander definitions
3354 @cindex code generation RTL sequences
3355 @cindex defining RTL sequences for code generation
3356
3357 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
3358 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
3359 represent them.  For these target machines, you can write a
3360 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL.
3361
3362 @findex define_expand
3363 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
3364 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
3365 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
3366
3367 A @code{define_expand} RTX has four operands:
3368
3369 @itemize @bullet
3370 @item
3371 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
3372 use for it is to refer to it by name.
3373
3374 @item
3375 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
3376 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
3377 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
3378
3379 @item
3380 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
3381 used to express how the availability of this pattern depends on
3382 subclasses of target machine, selected by command-line options when GNU
3383 CC is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
3384 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
3385 depend on the data in the insn being matched, but only the
3386 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
3387 during initialization in order to learn exactly which named instructions
3388 are available in a particular run.
3389
3390 @item
3391 The preparation statements, a string containing zero or more C
3392 statements which are to be executed before RTL code is generated from
3393 the RTL template.
3394
3395 Usually these statements prepare temporary registers for use as
3396 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
3397 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
3398 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
3399 @end itemize
3400
3401 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
3402 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
3403 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
3404 it.
3405
3406 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
3407 also describes the operands that need to be specified when this pattern
3408 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
3409
3410 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
3411 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
3412 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
3413 predicate into the tables that record such things.  GNU CC uses the
3414 information to preload the operand into a register if that is required for
3415 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
3416 references should use @code{match_dup}.
3417
3418 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
3419 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
3420 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
3421 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
3422 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
3423 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
3424 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
3425 compute the values and store them into the appropriate elements of
3426 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
3427
3428 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
3429 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
3430 as a statement.
3431
3432 @table @code
3433
3434 @findex DONE
3435 @item DONE
3436 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
3437 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
3438 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
3439 preparation statements; the RTL template will not be generated.
3440
3441 @findex FAIL
3442 @item FAIL
3443 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
3444 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
3445 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
3446
3447 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
3448 shifting, etc.) and bitfield (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
3449 operations.
3450 @end table
3451
3452 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
3453 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
3454 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
3455 insn.
3456
3457 The RTL template is not used for matching, only for generating the
3458 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
3459 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
3460 list of operands, such as this example:
3461
3462 @smallexample
3463 @group
3464 (define_expand "addsi3"
3465   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3466    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
3467    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
3468 @end group
3469 @group
3470   ""
3471   "
3472 @{
3473   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
3474   DONE;
3475 @}")
3476 @end group
3477 @end smallexample
3478
3479 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
3480
3481 @smallexample
3482 @group
3483 (define_expand "ashlsi3"
3484   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3485         (ashift:SI
3486 @end group
3487 @group
3488           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
3489           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
3490   ""
3491   "
3492 @end group
3493 @end smallexample
3494
3495 @smallexample
3496 @group
3497 @{
3498   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
3499       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
3500     FAIL;
3501 @}")
3502 @end group
3503 @end smallexample
3504
3505 @noindent
3506 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
3507 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
3508 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
3509 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
3510 library call).
3511
3512 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
3513 patterns with names, then it would be possible to use a
3514 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
3515 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
3516
3517 @smallexample
3518 (define_expand "zero_extendhisi2"
3519   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
3520         (const_int 0))
3521    (set (strict_low_part
3522           (subreg:HI
3523             (match_dup 0)
3524             0))
3525         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
3526   ""
3527   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
3528 @end smallexample
3529
3530 @noindent
3531 @findex make_safe_from
3532 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
3533 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
3534 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
3535 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
3536 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
3537 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
3538 by emitting another RTL insn.
3539
3540 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
3541 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
3542 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
3543 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
3544 on this machine.  So it must be copied into a register with
3545 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
3546
3547 @smallexample
3548 (define_expand "zero_extendhisi2"
3549   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3550         (and:SI (subreg:SI
3551                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
3552                   0)
3553                 (match_dup 2)))]
3554   ""
3555   "operands[2]
3556      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
3557 @end smallexample
3558
3559 @strong{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
3560 standard binary or unary arithmetic operation or a bitfield operation,
3561 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
3562 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
3563 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
3564 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
3565 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
3566 in the compiler.@refill
3567
3568 @node Insn Splitting
3569 @section Defining How to Split Instructions
3570 @cindex insn splitting
3571 @cindex instruction splitting
3572 @cindex splitting instructions
3573
3574 There are two cases where you should specify how to split a pattern into
3575 multiple insns.  On machines that have instructions requiring delay
3576 slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose output is
3577 not available for multiple cycles (@pxref{Function Units}), the compiler
3578 phases that optimize these cases need to be able to move insns into
3579 one-instruction delay slots.  However, some insns may generate more than one
3580 machine instruction.  These insns cannot be placed into a delay slot.
3581
3582 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
3583 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
3584 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
3585 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
3586 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
3587 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
3588 scheduling.
3589
3590 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
3591 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
3592 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
3593 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
3594 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
3595 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
3596 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
3597 split the addition into two insns is machine-dependent.
3598
3599 @findex define_split
3600 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
3601 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
3602
3603 @smallexample
3604 (define_split
3605   [@var{insn-pattern}]
3606   "@var{condition}"
3607   [@var{new-insn-pattern-1}
3608    @var{new-insn-pattern-2}
3609    @dots{}]
3610   "@var{preparation statements}")
3611 @end smallexample
3612
3613 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
3614 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
3615 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
3616 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
3617 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
3618 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
3619
3620 The @var{preparation statements} are similar to those statements that
3621 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3622 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
3623 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
3624 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
3625 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
3626 must not allocate any space in the stack frame.
3627
3628 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
3629 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
3630 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
3631 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
3632 @code{reload_completed} is non-zero, is known to satisfy the constraints
3633 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
3634 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
3635 @code{reload_completed} is non-zero, must also satisfy the constraints
3636 of those definitions.
3637
3638 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
3639 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
3640 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
3641
3642 @smallexample
3643 (define_split
3644   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
3645         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
3646   ""
3647   [(set (match_dup 0)
3648         (ashift:SI (match_dup 1)
3649                    (const_int 16)))
3650    (set (match_dup 0)
3651         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
3652                      (const_int 16)))]
3653   "
3654 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
3655 @end smallexample
3656
3657 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
3658 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
3659 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
3660 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
3661 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
3662 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
3663 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
3664 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
3665 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
3666 @code{define_split} that will never produce insns that match).
3667
3668 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
3669 @file{rs6000.md}:
3670
3671 @smallexample
3672 (define_split
3673   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
3674         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
3675                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
3676   ""
3677   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
3678    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
3679 "
3680 @{
3681   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
3682   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
3683
3684   if (low & 0x8000)
3685     high++, low |= 0xffff0000;
3686
3687   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
3688   operands[4] = GEN_INT (low);
3689 @}")
3690 @end smallexample
3691
3692 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
3693 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
3694 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
3695 can be substituted into the address of a subsequent operation.
3696
3697 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
3698 an equality comparison of a register and a large constant:
3699
3700 @smallexample
3701 (define_split
3702   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
3703         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
3704                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
3705    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
3706   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
3707    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
3708        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
3709   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
3710    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
3711   "
3712 @{
3713   /* Get the constant we are comparing against, C, and see what it
3714      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
3715      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.  */
3716
3717   int c = INTVAL (operands[2]);
3718   int sextc = (c << 16) >> 16;
3719   int xorv = c ^ sextc;
3720
3721   operands[4] = GEN_INT (xorv);
3722   operands[5] = GEN_INT (sextc);
3723 @}")
3724 @end smallexample
3725
3726 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
3727 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
3728 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
3729 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
3730 are not valid.
3731
3732 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
3733 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
3734 this:
3735
3736 @smallexample
3737 (define_insn_and_split
3738   [@var{insn-pattern}]
3739   "@var{condition}"
3740   "@var{output-template}"
3741   "@var{split-condition}"
3742   [@var{new-insn-pattern-1}
3743    @var{new-insn-pattern-2}
3744    @dots{}]
3745   "@var{preparation statements}"
3746   [@var{insn-attributes}])
3747
3748 @end smallexample
3749
3750 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
3751 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
3752 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
3753 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
3754 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
3755 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
3756 logical "and" of the split condition with the insn condition.  For example,
3757 from i386.md:
3758
3759 @smallexample
3760 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
3761   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
3762      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
3763    (clobber (reg:CC 17))]
3764   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
3765   "#"
3766   "&& reload_completed"
3767   [(parallel [(set (match_dup 0) (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
3768               (clobber (reg:CC 17))])]
3769   ""
3770   [(set_attr "type" "alu1")])
3771
3772 @end smallexample
3773
3774 In this case, the actual split condition will be 
3775 "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed."
3776
3777 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
3778 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
3779 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
3780 having to ensure the two patterns' templates match.
3781
3782 @node Peephole Definitions
3783 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
3784 @cindex peephole optimizer definitions
3785 @cindex defining peephole optimizers
3786
3787 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
3788 definitions of machine-specific peephole optimizations.
3789
3790 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
3791 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
3792 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
3793 though the second one does not appear to use a register computed in the
3794 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
3795 opportunities.
3796
3797 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
3798 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
3799 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
3800 is deprecated.
3801
3802 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
3803 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
3804 but before scheduling, which may result in much better code for 
3805 targets that do scheduling.
3806
3807 @menu
3808 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
3809 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
3810 @end menu
3811
3812 @node define_peephole
3813 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
3814 @findex define_peephole
3815
3816 @need 1000
3817 A definition looks like this:
3818
3819 @smallexample
3820 (define_peephole
3821   [@var{insn-pattern-1}
3822    @var{insn-pattern-2}
3823    @dots{}]
3824   "@var{condition}"
3825   "@var{template}"
3826   "@var{optional insn-attributes}")
3827 @end smallexample
3828
3829 @noindent
3830 The last string operand may be omitted if you are not using any
3831 machine-specific information in this machine description.  If present,
3832 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
3833
3834 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
3835 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
3836 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
3837 the next, and so on.@refill
3838
3839 Each of the insns matched by a peephole must also match a
3840 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
3841 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
3842 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
3843 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
3844 stages.
3845
3846 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
3847 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
3848 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
3849 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
3850 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
3851 other.
3852
3853 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
3854 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
3855 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
3856 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
3857 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
3858
3859 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
3860 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
3861 previously tested.
3862
3863 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
3864 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
3865 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
3866 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
3867 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
3868 patterns.
3869
3870 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
3871 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
3872 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
3873 the operands.
3874
3875 @findex prev_active_insn
3876 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
3877 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
3878 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
3879 to refer to the last of the insns being matched; use
3880 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
3881
3882 @findex dead_or_set_p
3883 When optimizing computations with intermediate results, you can use
3884 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
3885 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
3886 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
3887 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
3888 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
3889 value (from @code{operands[@var{i}]}).@refill
3890
3891 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
3892 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
3893 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
3894 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
3895 used in matching the original sequence of insns.
3896
3897 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
3898 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
3899 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
3900 as the insn pattern to control how the insn is output.
3901
3902 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
3903 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
3904
3905 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
3906
3907 @smallexample
3908 (define_peephole
3909   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
3910    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
3911         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
3912   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
3913   "*
3914 @{
3915   rtx xoperands[2];
3916   xoperands[1] = gen_rtx (REG, SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
3917 #ifdef MOTOROLA
3918   output_asm_insn (\"move.l %1,(sp)\", xoperands);
3919   output_asm_insn (\"move.l %1,-(sp)\", operands);
3920   return \"fmove.d (sp)+,%0\";
3921 #else
3922   output_asm_insn (\"movel %1,sp@@\", xoperands);
3923   output_asm_insn (\"movel %1,sp@@-\", operands);
3924   return \"fmoved sp@@+,%0\";
3925 #endif
3926 @}
3927 ")
3928 @end smallexample
3929
3930 @need 1000
3931 The effect of this optimization is to change
3932
3933 @smallexample
3934 @group
3935 jbsr _foobar
3936 addql #4,sp
3937 movel d1,sp@@-
3938 movel d0,sp@@-
3939 fmoved sp@@+,fp0
3940 @end group
3941 @end smallexample
3942
3943 @noindent
3944 into
3945
3946 @smallexample
3947 @group
3948 jbsr _foobar
3949 movel d1,sp@@
3950 movel d0,sp@@-
3951 fmoved sp@@+,fp0
3952 @end group
3953 @end smallexample
3954
3955 @ignore
3956 @findex CC_REVERSED
3957 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
3958 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
3959 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
3960 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
3961 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
3962 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
3963 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
3964 and in this C code check the condition code status flags and change the
3965 assembler code as appropriate.
3966 @end ignore
3967
3968 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
3969 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
3970 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
3971 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
3972 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
3973 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
3974 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
3975 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
3976 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
3977
3978 @smallexample
3979 (define_insn "divmodsi4"
3980   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
3981         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
3982                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
3983    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
3984         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
3985   "TARGET_68020"
3986   "divsl%.l %2,%3:%0")
3987 @end smallexample
3988
3989 @noindent
3990 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
3991
3992 @smallexample
3993 (define_peephole
3994   [@dots{}
3995    (parallel
3996     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
3997           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
3998                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
3999      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4000           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
4001    @dots{}]
4002   @dots{})
4003 @end smallexample
4004
4005 @node define_peephole2
4006 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
4007 @findex define_peephole2
4008
4009 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
4010 substitute one sequence of instructions for another sequence, 
4011 what additional scratch registers may be needed and what their
4012 lifetimes must be.
4013
4014 @smallexample
4015 (define_peephole2
4016   [@var{insn-pattern-1}
4017    @var{insn-pattern-2}
4018    @dots{}]
4019   "@var{condition}"
4020   [@var{new-insn-pattern-1}
4021    @var{new-insn-pattern-2}
4022    @dots{}]
4023   "@var{preparation statements}")
4024 @end smallexample
4025
4026 The definition is almost identical to @code{define_split}
4027 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
4028 single instruction, but a sequence of instructions.
4029
4030 It is possible to request additional scratch registers for use in the
4031 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
4032 will simply not match.
4033
4034 @findex match_scratch
4035 @findex match_dup
4036 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
4037 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
4038 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
4039 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
4040 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
4041 at which the register must be available.
4042
4043 Here is an example from the IA-32 machine description:
4044
4045 @smallexample
4046 (define_peephole2
4047   [(match_scratch:SI 2 "r")
4048    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4049                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
4050                      [(match_dup 0)
4051                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
4052               (clobber (reg:CC 17))])]
4053   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
4054   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
4055    (parallel [(set (match_dup 0)
4056                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
4057               (clobber (reg:CC 17))])]
4058   "")
4059 @end smallexample
4060
4061 @noindent
4062 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
4063 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
4064 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
4065 to be live only at the point just before the arithmetic.
4066
4067 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
4068 so here's a silly made-up example:
4069
4070 @smallexample
4071 (define_peephole2
4072   [(match_scratch:SI 4 "r")
4073    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
4074    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
4075    (match_dup 4)
4076    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
4077   "@var{determine 1 does not overlap 0 and 2}"
4078   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
4079    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
4080    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
4081    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
4082   "")
4083 @end smallexample
4084
4085 @noindent
4086 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
4087 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
4088 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
4089
4090 @node Insn Attributes
4091 @section Instruction Attributes
4092 @cindex insn attributes
4093 @cindex instruction attributes
4094
4095 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
4096 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
4097 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
4098 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
4099 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
4100 to track the condition codes.
4101
4102 @menu
4103 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
4104 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
4105 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
4106 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
4107 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
4108 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
4109 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
4110 * Function Units::      Specifying information for insn scheduling.
4111 @end menu
4112
4113 @node Defining Attributes
4114 @subsection Defining Attributes and their Values
4115 @cindex defining attributes and their values
4116 @cindex attributes, defining
4117
4118 @findex define_attr
4119 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
4120 by the target machine.  It looks like:
4121
4122 @smallexample
4123 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
4124 @end smallexample
4125
4126 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
4127
4128 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
4129 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
4130 indicate that the attribute takes numeric values.
4131
4132 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
4133 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
4134 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
4135 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
4136 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
4137
4138 @findex insn-attr.h
4139 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
4140 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
4141 specified for an attribute, the following are defined:
4142
4143 @itemize @bullet
4144 @item
4145 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
4146
4147 @item
4148 An enumeral class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
4149 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
4150 the attribute name and value are first converted to upper case.
4151
4152 @item
4153 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
4154 returns the attribute value for that insn.
4155 @end itemize
4156
4157 For example, if the following is present in the @file{md} file:
4158
4159 @smallexample
4160 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
4161 @end smallexample
4162
4163 @noindent
4164 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
4165
4166 @smallexample
4167 #define HAVE_ATTR_type
4168 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
4169                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
4170 extern enum attr_type get_attr_type ();
4171 @end smallexample
4172
4173 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
4174 defined and the function to obtain the attribute's value will return
4175 @code{int}.
4176
4177 @node Expressions
4178 @subsection Attribute Expressions
4179 @cindex attribute expressions
4180
4181 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
4182 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
4183 Attribute value expressions must have one of the following forms:
4184
4185 @table @code
4186 @cindex @code{const_int} and attributes
4187 @item (const_int @var{i})
4188 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
4189 must be non-negative.
4190
4191 The value of a numeric attribute can be specified either with a
4192 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
4193 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
4194 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
4195 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
4196
4197 @cindex @code{const_string} and attributes
4198 @item (const_string @var{value})
4199 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
4200 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
4201 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
4202 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
4203 of a @code{define_attr}.@refill
4204
4205 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
4206 must be a string containing a non-negative integer (normally
4207 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
4208 contain one of the valid values for the attribute.
4209
4210 @cindex @code{if_then_else} and attributes
4211 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
4212 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
4213 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
4214 otherwise it is @var{false-value}.
4215
4216 @cindex @code{cond} and attributes
4217 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
4218 The first operand of this expression is a vector containing an even
4219 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
4220 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
4221 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
4222 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
4223 expression is that of the @var{default} expression.
4224 @end table
4225
4226 @var{test} expressions can have one of the following forms:
4227
4228 @table @code
4229 @cindex @code{const_int} and attribute tests
4230 @item (const_int @var{i})
4231 This test is true if @var{i} is non-zero and false otherwise.
4232
4233 @cindex @code{not} and attributes
4234 @cindex @code{ior} and attributes
4235 @cindex @code{and} and attributes
4236 @item (not @var{test})
4237 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
4238 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
4239 These tests are true if the indicated logical function is true.
4240
4241 @cindex @code{match_operand} and attributes
4242 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
4243 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
4244 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
4245 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
4246 @var{pred} returns a non-zero value when passed operand @var{n} and mode
4247 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
4248 string).
4249
4250 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
4251
4252 @cindex @code{le} and attributes
4253 @cindex @code{leu} and attributes
4254 @cindex @code{lt} and attributes
4255 @cindex @code{gt} and attributes
4256 @cindex @code{gtu} and attributes
4257 @cindex @code{ge} and attributes
4258 @cindex @code{geu} and attributes
4259 @cindex @code{ne} and attributes
4260 @cindex @code{eq} and attributes
4261 @cindex @code{plus} and attributes
4262 @cindex @code{minus} and attributes
4263 @cindex @code{mult} and attributes
4264 @cindex @code{div} and attributes
4265 @cindex @code{mod} and attributes
4266 @cindex @code{abs} and attributes
4267 @cindex @code{neg} and attributes
4268 @cindex @code{ashift} and attributes
4269 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
4270 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
4271 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
4272 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
4273 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
4274 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
4275 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
4276 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
4277 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
4278 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
4279 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
4280 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
4281 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
4282 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
4283 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
4284 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
4285 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.@refill
4286
4287 @findex get_attr
4288 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
4289 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
4290 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
4291 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
4292 variable.@refill
4293
4294 @findex eq_attr
4295 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
4296 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
4297
4298 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
4299 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
4300 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
4301 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
4302 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
4303 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
4304 @emph{not} in the specified list.
4305
4306 For example,
4307
4308 @smallexample
4309 (eq_attr "type" "load,store")
4310 @end smallexample
4311
4312 @noindent
4313 is equivalent to
4314
4315 @smallexample
4316 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
4317 @end smallexample
4318
4319 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
4320 value of the compiler variable @code{which_alternative}
4321 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
4322 example,@refill
4323
4324 @smallexample
4325 (eq_attr "alternative" "2,3")
4326 @end smallexample
4327
4328 @noindent
4329 is equivalent to
4330
4331 @smallexample
4332 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
4333      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
4334 @end smallexample
4335
4336 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
4337 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
4338 a particular pattern.  This is by far the most common case.@refill
4339
4340 @findex attr_flag
4341 @item (attr_flag @var{name})
4342 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
4343 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
4344 scheduled.
4345
4346 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
4347 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
4348 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
4349 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
4350 if a conditional branch is expected to be taken.
4351
4352 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
4353 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
4354
4355 This example describes a conditional branch delay slot which
4356 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
4357 for backward branches which are not taken (annul-false).
4358
4359 @smallexample
4360 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
4361   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
4362    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
4363         (attr_flag "forward"))
4364    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
4365         (attr_flag "backward"))])
4366 @end smallexample
4367
4368 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
4369 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4370
4371 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
4372 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4373 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
4374 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4375
4376 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
4377 meaning to other passes of the compiler.
4378
4379 @findex attr
4380 @item (attr @var{name})
4381 The value of another attribute is returned.  This is most useful
4382 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
4383 produce more efficient code for non-numeric attributes.
4384 @end table
4385
4386 @node Tagging Insns
4387 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
4388 @cindex tagging insns
4389 @cindex assigning attribute values to insns
4390
4391 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
4392 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
4393 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
4394 have an optional last argument to specify the values of attributes for
4395 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
4396 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
4397 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
4398 permits the specification of the values for only one or two attributes
4399 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
4400 next section.@refill
4401
4402 The optional last argument of @code{define_insn} and
4403 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
4404 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
4405 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
4406 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
4407 second operand of the @code{set} is an attribute expression
4408 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.@refill
4409
4410 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
4411 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
4412 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
4413 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
4414 each alternative.
4415
4416 @findex set_attr
4417 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
4418 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
4419 specifying a string giving either a single attribute value or a list
4420 of attribute values, one for each alternative.
4421
4422 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
4423 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
4424
4425 @table @code
4426 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
4427 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
4428 or a string containing a comma-separated list giving the values for
4429 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
4430 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
4431
4432 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
4433 which case the attribute will assume its default value for insns matching
4434 that alternative.
4435
4436 @findex set_attr_alternative
4437 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
4438 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
4439 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
4440 tests on the @samp{alternative} attribute.
4441
4442 @findex attr
4443 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
4444 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
4445 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
4446 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
4447 @end table
4448
4449 The following shows three different ways of representing the same
4450 attribute value specification:
4451
4452 @smallexample
4453 (set_attr "type" "load,store,arith")
4454
4455 (set_attr_alternative "type"
4456                       [(const_string "load") (const_string "store")
4457                        (const_string "arith")])
4458
4459 (set (attr "type")
4460      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
4461             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
4462            (const_string "arith")))
4463 @end smallexample
4464
4465 @need 1000
4466 @findex define_asm_attributes
4467 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
4468 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
4469 statement.  It has the form:
4470
4471 @smallexample
4472 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
4473 @end smallexample
4474
4475 @noindent
4476 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
4477 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
4478
4479 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
4480 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
4481
4482 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
4483 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
4484 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
4485 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
4486 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
4487 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
4488 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
4489 of a single machine instruction.
4490
4491 @node Attr Example
4492 @subsection Example of Attribute Specifications
4493 @cindex attribute specifications example
4494 @cindex attribute specifications
4495
4496 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
4497 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
4498 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
4499 value.  This attribute is normally used only to define the default value
4500 for other attributes.  An example will clarify this usage.
4501
4502 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
4503 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
4504 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
4505 operations, floating point operations, and branches.
4506
4507 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
4508 the condition code and will limit ourselves to the following possible
4509 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
4510 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
4511 changed if the item previously set into the condition code has been
4512 modified.
4513
4514 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
4515
4516 @smallexample
4517 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
4518
4519 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
4520              (cond [(eq_attr "type" "load")
4521                         (const_string "change0")
4522                     (eq_attr "type" "store,branch")
4523                         (const_string "unchanged")
4524                     (eq_attr "type" "arith")
4525                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
4526                                       (const_string "set")
4527                                       (const_string "clobber"))]
4528                    (const_string "clobber")))
4529
4530 (define_insn ""
4531   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
4532         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
4533   ""
4534   "@@
4535    move %0,%1
4536    load %0,%1
4537    store %0,%1"
4538   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
4539 @end smallexample
4540
4541 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
4542 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
4543 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
4544 full-word result.
4545
4546 @node Insn Lengths
4547 @subsection Computing the Length of an Insn
4548 @cindex insn lengths, computing
4549 @cindex computing the length of an insn
4550
4551 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
4552 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
4553 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
4554 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @samp{length}
4555 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
4556 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
4557
4558 In the case of the @samp{length} attribute, two additional forms of
4559 arithmetic terms are allowed in test expressions:
4560
4561 @table @code
4562 @cindex @code{match_dup} and attributes
4563 @item (match_dup @var{n})
4564 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
4565 must be a @code{label_ref}.
4566
4567 @cindex @code{pc} and attributes
4568 @item (pc)
4569 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
4570 been more consistent with other usage to make this the address of the
4571 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
4572 current insn is to be computed.
4573 @end table
4574
4575 @cindex @code{addr_vec}, length of
4576 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
4577 For normal insns, the length will be determined by value of the
4578 @samp{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
4579 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
4580 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
4581
4582 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
4583
4584 The following macros can be used to refine the length computation:
4585
4586 @table @code
4587 @findex FIRST_INSN_ADDRESS
4588 @item FIRST_INSN_ADDRESS
4589 When the @code{length} insn attribute is used, this macro specifies the
4590 value to be assigned to the address of the first insn in a function.  If
4591 not specified, 0 is used.
4592
4593 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
4594 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
4595 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
4596 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
4597 that contains the initially computed length of the insn and should be
4598 updated with the correct length of the insn.
4599
4600 This macro will normally not be required.  A case in which it is
4601 required is the ROMP.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
4602 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
4603 may be required.
4604 @end table
4605
4606 @findex get_attr_length
4607 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
4608 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
4609 determine the form of the branch instruction to be written, as the
4610 example below illustrates.
4611
4612 As an example of the specification of variable-length branches, consider
4613 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
4614 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
4615 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
4616 sequence to load the address from memory and then branch to it.
4617
4618 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
4619 as follows:
4620
4621 @smallexample
4622 (define_insn "jump"
4623   [(set (pc)
4624         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
4625   ""
4626   "*
4627 @{
4628    return (get_attr_length (insn) == 4
4629            ? \"b %l0\" : \"l r15,=a(%l0); br r15\");
4630 @}"
4631   [(set (attr "length") (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
4632                                       (const_int 4)
4633                                       (const_int 6)))])
4634 @end smallexample
4635
4636 @node Constant Attributes
4637 @subsection Constant Attributes
4638 @cindex constant attributes
4639
4640 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
4641 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
4642 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
4643 used to specify which variety of processor is used.  For example,
4644
4645 @smallexample
4646 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
4647  (const
4648   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
4649          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
4650         (const_string "m88000"))))
4651
4652 (define_attr "memory" "fast,slow"
4653  (const
4654   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
4655                 (const_string "fast")
4656                 (const_string "slow"))))
4657 @end smallexample
4658
4659 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
4660 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
4661 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
4662 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
4663 forms involving insn attributes.
4664
4665 @node Delay Slots
4666 @subsection Delay Slot Scheduling
4667 @cindex delay slots, defining
4668
4669 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
4670 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
4671 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
4672 after the instruction are executed as if they were located before it.
4673 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
4674 the following instruction before the branch or call is performed.
4675
4676 On some machines, conditional branch instructions can optionally
4677 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
4678 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
4679 instructions that annul if the branch is true and instructions that
4680 annul if the branch is false are supported.
4681
4682 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
4683 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
4684 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
4685 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
4686 instruction scheduling.
4687
4688 @findex define_delay
4689 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
4690 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
4691
4692 @smallexample
4693 (define_delay @var{test}
4694               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
4695                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
4696                @dots{}])
4697 @end smallexample
4698
4699 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
4700 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
4701 required delay slots is determined by the length of the vector specified
4702 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
4703 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
4704 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
4705 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
4706 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
4707 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.@refill
4708
4709 For example, in the common case where branch and call insns require
4710 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
4711 call, the following would be placed in the @file{md} file:
4712
4713 @smallexample
4714 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
4715               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
4716 @end smallexample
4717
4718 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
4719 case, each such expression specifies different delay slot requirements
4720 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
4721 expressions are both true.
4722
4723 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
4724 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
4725 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
4726 branch is true, we might represent this as follows:
4727
4728 @smallexample
4729 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
4730    [(eq_attr "type" "!branch,call")
4731     (eq_attr "type" "!branch,call")
4732     (nil)])
4733
4734 (define_delay (eq_attr "type" "call")
4735               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
4736                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
4737 @end smallexample
4738 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
4739
4740 @node Function Units
4741 @subsection Specifying Function Units
4742 @cindex function units, for scheduling
4743
4744 On most RISC machines, there are instructions whose results are not
4745 available for a specific number of cycles.  Common cases are instructions
4746 that load data from memory.  On many machines, a pipeline stall will result
4747 if the data is referenced too soon after the load instruction.
4748
4749 In addition, many newer microprocessors have multiple function units, usually
4750 one for integer and one for floating point, and often will incur pipeline
4751 stalls when a result that is needed is not yet ready.
4752
4753 The descriptions in this section allow the specification of how much
4754 time must elapse between the execution of an instruction and the time
4755 when its result is used.  It also allows specification of when the
4756 execution of an instruction will delay execution of similar instructions
4757 due to function unit conflicts.
4758
4759 For the purposes of the specifications in this section, a machine is
4760 divided into @dfn{function units}, each of which execute a specific
4761 class of instructions in first-in-first-out order.  Function units that
4762 accept one instruction each cycle and allow a result to be used in the
4763 succeeding instruction (usually via forwarding) need not be specified.
4764 Classic RISC microprocessors will normally have a single function unit,
4765 which we can call @samp{memory}.  The newer ``superscalar'' processors
4766 will often have function units for floating point operations, usually at
4767 least a floating point adder and multiplier.
4768
4769 @findex define_function_unit
4770 Each usage of a function units by a class of insns is specified with a
4771 @code{define_function_unit} expression, which looks like this:
4772
4773 @smallexample
4774 (define_function_unit @var{name} @var{multiplicity} @var{simultaneity}
4775                       @var{test} @var{ready-delay} @var{issue-delay}
4776                      [@var{conflict-list}])
4777 @end smallexample
4778
4779 @var{name} is a string giving the name of the function unit.
4780
4781 @var{multiplicity} is an integer specifying the number of identical
4782 units in the processor.  If more than one unit is specified, they will
4783 be scheduled independently.  Only truly independent units should be
4784 counted; a pipelined unit should be specified as a single unit.  (The
4785 only common example of a machine that has multiple function units for a
4786 single instruction class that are truly independent and not pipelined
4787 are the two multiply and two increment units of the CDC 6600.)
4788
4789 @var{simultaneity} specifies the maximum number of insns that can be
4790 executing in each instance of the function unit simultaneously or zero
4791 if the unit is pipelined and has no limit.
4792
4793 All @code{define_function_unit} definitions referring to function unit
4794 @var{name} must have the same name and values for @var{multiplicity} and
4795 @var{simultaneity}.
4796
4797 @var{test} is an attribute test that selects the insns we are describing
4798 in this definition.  Note that an insn may use more than one function
4799 unit and a function unit may be specified in more than one
4800 @code{define_function_unit}.
4801
4802 @var{ready-delay} is an integer that specifies the number of cycles
4803 after which the result of the instruction can be used without
4804 introducing any stalls.
4805
4806 @var{issue-delay} is an integer that specifies the number of cycles
4807 after the instruction matching the @var{test} expression begins using
4808 this unit until a subsequent instruction can begin.  A cost of @var{N}
4809 indicates an @var{N-1} cycle delay.  A subsequent instruction may also
4810 be delayed if an earlier instruction has a longer @var{ready-delay}
4811 value.  This blocking effect is computed using the @var{simultaneity},
4812 @var{ready-delay}, @var{issue-delay}, and @var{conflict-list} terms.
4813 For a normal non-pipelined function unit, @var{simultaneity} is one, the
4814 unit is taken to block for the @var{ready-delay} cycles of the executing
4815 insn, and smaller values of @var{issue-delay} are ignored.
4816
4817 @var{conflict-list} is an optional list giving detailed conflict costs
4818 for this unit.  If specified, it is a list of condition test expressions
4819 to be applied to insns chosen to execute in @var{name} following the
4820 particular insn matching @var{test} that is already executing in
4821 @var{name}.  For each insn in the list, @var{issue-delay} specifies the
4822 conflict cost; for insns not in the list, the cost is zero.  If not
4823 specified, @var{conflict-list} defaults to all instructions that use the
4824 function unit.
4825
4826 Typical uses of this vector are where a floating point function unit can
4827 pipeline either single- or double-precision operations, but not both, or
4828 where a memory unit can pipeline loads, but not stores, etc.
4829
4830 As an example, consider a classic RISC machine where the result of a
4831 load instruction is not available for two cycles (a single ``delay''
4832 instruction is required) and where only one load instruction can be executed
4833 simultaneously.  This would be specified as:
4834
4835 @smallexample
4836 (define_function_unit "memory" 1 1 (eq_attr "type" "load") 2 0)
4837 @end smallexample
4838
4839 For the case of a floating point function unit that can pipeline either
4840 single or double precision, but not both, the following could be specified:
4841
4842 @smallexample
4843 (define_function_unit
4844    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "sp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "dp_fp")])
4845 (define_function_unit
4846    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "dp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "sp_fp")])
4847 @end smallexample
4848
4849 @strong{Note:} The scheduler attempts to avoid function unit conflicts
4850 and uses all the specifications in the @code{define_function_unit}
4851 expression.  It has recently come to our attention that these
4852 specifications may not allow modeling of some of the newer
4853 ``superscalar'' processors that have insns using multiple pipelined
4854 units.  These insns will cause a potential conflict for the second unit
4855 used during their execution and there is no way of representing that
4856 conflict.  We welcome any examples of how function unit conflicts work
4857 in such processors and suggestions for their representation.
4858 @end ifset
4859
4860 @node Conditional Execution
4861 @section Conditional Execution
4862 @cindex conditional execution
4863 @cindex predication
4864
4865 A number of architectures provide for some form of conditional
4866 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
4867 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
4868 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
4869 can be quite tedious to describe these forms directly in the
4870 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
4871
4872 @findex define_cond_exec
4873 @smallexample
4874 (define_cond_exec
4875   [@var{predicate-pattern}]
4876   "@var{condition}"
4877   "@var{output template}")
4878 @end smallexample
4879
4880 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
4881 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
4882 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
4883 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
4884 alternative.
4885
4886 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
4887 pattern to match.
4888
4889 @findex current_insn_predicate
4890 @var{output template} is a string similar to the @code{define_insn}
4891 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
4892 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
4893 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
4894 In order to handle the general case, there is a global variable
4895 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
4896 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
4897
4898 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to 
4899 the @code{predicable} instruction attribute is made. 
4900 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e. have
4901 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
4902 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
4903 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the 
4904 alternative or anything else.
4905
4906 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable} 
4907 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
4908 generated that matches a predicated version of the instruction.
4909 For example,
4910
4911 @smallexample
4912 (define_insn "addsi"
4913   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
4914         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
4915                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
4916   "@var{test1}"
4917   "add %2,%1,%0")
4918
4919 (define_cond_exec
4920   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
4921        (const_int 0))]
4922   "@var{test2}"
4923   "(%0)")
4924 @end smallexample
4925
4926 @noindent
4927 generates a new pattern
4928
4929 @smallexample
4930 (define_insn ""
4931   [(cond_exec
4932      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
4933      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
4934           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
4935                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
4936   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
4937   "(%3) add %2,%1,%0")
4938 @end smallexample
4939
4940 @node Constant Definitions
4941 @section Constant Definitions
4942 @cindex constant definitions
4943 @findex define_constants
4944
4945 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
4946 can be a maintenance problem.
4947
4948 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
4949 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
4950 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
4951 if the corresponding value had been written instead.  You may use
4952 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
4953 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
4954 a different value.
4955
4956 To come back to the a29k load multiple example, instead of
4957
4958 @smallexample
4959 (define_insn ""
4960   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
4961      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
4962            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
4963       (use (reg:SI 179))
4964       (clobber (reg:SI 179))])]
4965   ""
4966   "loadm 0,0,%1,%2")
4967 @end smallexample
4968
4969 You could write:
4970
4971 @smallexample
4972 (define_constants [
4973     (R_BP 177)
4974     (R_FC 178)
4975     (R_CR 179)
4976     (R_Q  180)
4977 ])
4978
4979 (define_insn ""
4980   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
4981      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
4982            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
4983       (use (reg:SI R_CR))
4984       (clobber (reg:SI R_CR))])]
4985   ""
4986   "loadm 0,0,%1,%2")
4987 @end smallexample
4988
4989 The constants that are defined with a define_constant are also output
4990 in the insn-codes.h header file as #defines.