OSDN Git Service

* crontab, doc_exclude, update_branch_version, update_version,
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / md.texi
1 @c Copyright (C) 1988, 89, 92, 93, 94, 96, 1998, 2000, 2001 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.
1964
1965 @findex change_address
1966 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
1967 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
1968 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
1969 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
1970 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
1971 an address into a valid address and no routine (such as
1972 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
1973 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
1974
1975 @findex reload_in_progress
1976 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
1977 declared if required) can be used to determine whether such special
1978 handling is required.
1979
1980 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
1981 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
1982 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
1983 machines explicit memory references will get optional reloads.
1984
1985 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
1986 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
1987
1988 If there are cases needing
1989 scratch registers after reload, you must define
1990 @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and perhaps also
1991 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
1992 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
1993 them.  @xref{Register Classes}.
1994
1995 @findex no_new_pseudos
1996 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
1997 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
1998 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
1999
2000 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
2001 register to any other hard register provided that
2002 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
2003 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
2004
2005 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
2006 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
2007 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
2008 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
2009 point members.
2010
2011 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
2012 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
2013 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
2014 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
2015 floating point registers, then the constraints of the fixed point
2016 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
2017 reload into a floating point register.
2018
2019 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
2020 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
2021 @item @samp{reload_in@var{m}}
2022 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
2023 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
2024 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
2025 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
2026 macro in @pxref{Register Classes}.
2027
2028 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
2029 @item @samp{movstrict@var{m}}
2030 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
2031 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
2032 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
2033 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
2034
2035 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
2036 @item @samp{load_multiple}
2037 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
2038 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
2039 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
2040 number of consecutive registers.
2041
2042 Define this only if the target machine really has such an instruction;
2043 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
2044 registers from memory is to do them one at a time.
2045
2046 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
2047 registers can be stored into memory, such as particular starting or
2048 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
2049 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
2050 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
2051
2052 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
2053 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
2054 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
2055 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
2056 @file{a29k.md} and @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn
2057 pattern.
2058
2059 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
2060 @item @samp{store_multiple}
2061 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
2062 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
2063 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
2064 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
2065
2066 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
2067 @item @samp{add@var{m}3}
2068 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
2069 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
2070 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
2071
2072 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
2073 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
2074 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
2075 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
2076 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
2077 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
2078 @cindex @code{smin@var{m}3} instruction pattern
2079 @cindex @code{smax@var{m}3} instruction pattern
2080 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
2081 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
2082 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
2083 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
2084 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
2085 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
2086 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}, @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
2087 @itemx @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}, @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
2088 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
2089 Similar, for other arithmetic operations.
2090 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
2091 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
2092 @itemx @samp{min@var{m}3}, @samp{max@var{m}3}
2093 Floating point min and max operations.  If both operands are zeros,
2094 or if either operand is NaN, then it is unspecified which of the two
2095 operands is returned as the result.
2096
2097
2098 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
2099 @item @samp{mulhisi3}
2100 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
2101 a @code{SImode} product in operand 0.
2102
2103 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
2104 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
2105 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
2106 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
2107
2108 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
2109 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
2110 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
2111 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
2112 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
2113 multiplication.
2114
2115 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2116 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
2117 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
2118 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
2119 The least significant half of the product is discarded.
2120
2121 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2122 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
2123 Similar, but the multiplication is unsigned.
2124
2125 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
2126 @item @samp{divmod@var{m}4}
2127 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
2128 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
2129 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
2130
2131 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
2132 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
2133 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
2134 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
2135 and remainder are computed.
2136
2137 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
2138 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
2139 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
2140 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
2141 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
2142
2143 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
2144 @item @samp{udivmod@var{m}4}
2145 Similar, but does unsigned division.
2146
2147 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
2148 @item @samp{ashl@var{m}3}
2149 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
2150 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
2151 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
2152 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
2153 mode before generating the instruction.
2154
2155 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
2156 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
2157 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
2158 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
2159 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
2160 Other shift and rotate instructions, analogous to the
2161 @code{ashl@var{m}3} instructions.
2162
2163 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
2164 @item @samp{neg@var{m}2}
2165 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
2166
2167 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
2168 @item @samp{abs@var{m}2}
2169 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
2170
2171 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
2172 @item @samp{sqrt@var{m}2}
2173 Store the square root of operand 1 into operand 0.
2174
2175 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
2176 corresponds to the C data type @code{double}.
2177
2178 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
2179 @item @samp{ffs@var{m}2}
2180 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
2181 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
2182 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
2183 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
2184 generating the instruction.
2185
2186 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
2187 corresponds to the C data type @code{int}.
2188
2189 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
2190 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
2191 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
2192
2193 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
2194 @item @samp{cmp@var{m}}
2195 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
2196 The RTL pattern should look like this:
2197
2198 @smallexample
2199 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2200                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
2201 @end smallexample
2202
2203 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
2204 @item @samp{tst@var{m}}
2205 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
2206 The RTL pattern should look like this:
2207
2208 @smallexample
2209 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
2210 @end smallexample
2211
2212 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
2213 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
2214 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
2215 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
2216
2217 @cindex @code{movstr@var{m}} instruction pattern
2218 @item @samp{movstr@var{m}}
2219 Block move instruction.  The addresses of the destination and source
2220 strings are the first two operands, and both are in mode @code{Pmode}.
2221
2222 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
2223 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
2224 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
2225 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
2226 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
2227 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
2228 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
2229
2230 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
2231 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
2232 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
2233 it may provide the value 4 for this operand.
2234
2235 Descriptions of multiple @code{movstr@var{m}} patterns can only be
2236 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
2237 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
2238 in @code{movstr@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
2239 individually moved data units in the block.
2240
2241 These patterns need not give special consideration to the possibility
2242 that the source and destination strings might overlap.
2243
2244 @cindex @code{clrstr@var{m}} instruction pattern
2245 @item @samp{clrstr@var{m}}
2246 Block clear instruction.  The addresses of the destination string is the
2247 first operand, in mode @code{Pmode}.  The number of bytes to clear is
2248 the second operand, in mode @var{m}.  See @samp{movstr@var{m}} for
2249 a discussion of the choice of mode.
2250
2251 The third operand is the known alignment of the destination, in the form
2252 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
2253 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
2254 operand.
2255
2256 The use for multiple @code{clrstr@var{m}} is as for @code{movstr@var{m}}.
2257
2258 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
2259 @item @samp{cmpstr@var{m}}
2260 Block compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
2261 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
2262 of @samp{movstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
2263 byte by byte in lexicographic order.  The effect of the instruction is
2264 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
2265 comparison.
2266
2267 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
2268 @item @samp{strlen@var{m}}
2269 Compute the length of a string, with three operands.
2270 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
2271 a @code{mem} referring to the first character of the string,
2272 operand 2 is the character to search for (normally zero),
2273 and operand 3 is a constant describing the known alignment
2274 of the beginning of the string.
2275
2276 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
2277 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
2278 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
2279 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2280 @var{n}).
2281
2282 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
2283 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
2284 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
2285 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2286 @var{n}).
2287
2288 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
2289 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
2290 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2291 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
2292 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
2293 the value of operand 1 is an integer.
2294
2295 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
2296 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
2297 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2298 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
2299 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
2300 value of operand 1 is an integer.
2301
2302 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
2303 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
2304 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
2305 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
2306 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
2307
2308 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2309 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
2310 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
2311 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2312
2313 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2314 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
2315 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
2316 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2317
2318 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
2319 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
2320 Truncate 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{extend@var{mn}2} instruction pattern
2325 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
2326 Sign-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 or both floating point.
2329
2330 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
2331 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
2332 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2333 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2334 point.
2335
2336 @cindex @code{extv} instruction pattern
2337 @item @samp{extv}
2338 Extract a bit field from operand 1 (a register or memory operand), where
2339 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
2340 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
2341 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
2342 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
2343 be valid for @code{word_mode}.
2344
2345 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2346 for operands 2 and 3.
2347
2348 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
2349 before it is stored in operand 0.
2350
2351 @cindex @code{extzv} instruction pattern
2352 @item @samp{extzv}
2353 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
2354
2355 @cindex @code{insv} instruction pattern
2356 @item @samp{insv}
2357 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a bit
2358 field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
2359 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
2360 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
2361 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
2362
2363 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2364 for operands 1 and 2.
2365
2366 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
2367 @item @samp{mov@var{mode}cc}
2368 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
2369 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
2370 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
2371
2372 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
2373 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
2374 conditionally move an integer value based on the floating point condition
2375 codes and vice versa.
2376
2377 If the machine does not have conditional move instructions, do not
2378 define these patterns.
2379
2380 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
2381 @item @samp{s@var{cond}}
2382 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
2383 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
2384 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
2385 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
2386
2387 You specify the mode that the operand must have when you write the
2388 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
2389 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
2390
2391 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
2392 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
2393 you should omit it from the machine description.  You describe to the
2394 compiler exactly which value is stored by defining the macro
2395 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
2396 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
2397 should omit those operations from the machine description.
2398
2399 These operations may fail, but should do so only in relatively
2400 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
2401 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
2402
2403 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
2404 that copies the constant one to the target and branches around an
2405 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
2406 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
2407 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
2408 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
2409 the machine description.
2410
2411 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
2412 @item @samp{b@var{cond}}
2413 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
2414 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
2415 condition @var{cond}.
2416
2417 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
2418 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
2419 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
2420 simply store the operands away and generate all the required insns in a
2421 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
2422 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
2423 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
2424 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
2425
2426 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
2427 where the mode used for the comparison depends on the condition being
2428 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
2429
2430 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
2431 @samp{s@var{cond}} patterns.
2432
2433 @cindex @code{jump} instruction pattern
2434 @item @samp{jump}
2435 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
2436 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
2437 on all machines.
2438
2439 @cindex @code{call} instruction pattern
2440 @item @samp{call}
2441 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
2442 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
2443 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
2444 operands.
2445
2446 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
2447 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
2448 to put this information into the assembler code; they can put it in
2449 the RTL instead of operand 1.
2450
2451 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
2452 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
2453 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
2454 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
2455 instruction, the pattern for this operation should be a
2456 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
2457 address into a register and uses that register in the call instruction.
2458
2459 @cindex @code{call_value} instruction pattern
2460 @item @samp{call_value}
2461 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
2462 register in which the value is returned.  There are three more
2463 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
2464 instruction (but with numbers increased by one).
2465
2466 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
2467 insn.
2468
2469 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
2470 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
2471 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
2472 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
2473 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is non-zero.  They should emit a @code{parallel}
2474 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
2475 adjustment made to the frame pointer.
2476
2477 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be non-zero, the use of these
2478 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
2479 can be eliminated, if desired.
2480
2481 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
2482 @item @samp{untyped_call}
2483 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
2484 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
2485 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
2486 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2487 the saving of a function return value into the result block.
2488
2489 This instruction pattern should be defined to support
2490 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
2491 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
2492 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
2493 multiple registers that can hold a return value (i.e.
2494 @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
2495
2496 @cindex @code{return} instruction pattern
2497 @item @samp{return}
2498 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
2499 defined only if a single instruction can do all the work of returning
2500 from a function.
2501
2502 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
2503 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
2504 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
2505 some class of functions only requires one instruction to implement a
2506 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
2507 to save any registers or allocate stack space.
2508
2509 @findex reload_completed
2510 @findex leaf_function_p
2511 For such machines, the condition specified in this pattern should only
2512 be true when @code{reload_completed} is non-zero and the function's
2513 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
2514 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
2515 a register window push is required.
2516
2517 Machines that have conditional return instructions should define patterns
2518 such as
2519
2520 @smallexample
2521 (define_insn ""
2522   [(set (pc)
2523         (if_then_else (match_operator
2524                          0 "comparison_operator"
2525                          [(cc0) (const_int 0)])
2526                       (return)
2527                       (pc)))]
2528   "@var{condition}"
2529   "@dots{}")
2530 @end smallexample
2531
2532 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
2533 named @samp{return} pattern.
2534
2535 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
2536 @item @samp{untyped_return}
2537 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
2538 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
2539 instructions are needed to return a value of any type.
2540
2541 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
2542 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
2543 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2544 the restoring of a function return value from the result block.
2545
2546 @cindex @code{nop} instruction pattern
2547 @item @samp{nop}
2548 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
2549 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
2550 RTL pattern.
2551
2552 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
2553 @item @samp{indirect_jump}
2554 An instruction to jump to an address which is operand zero.
2555 This pattern name is mandatory on all machines.
2556
2557 @cindex @code{casesi} instruction pattern
2558 @item @samp{casesi}
2559 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
2560 This instruction takes five operands:
2561
2562 @enumerate
2563 @item
2564 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
2565
2566 @item
2567 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
2568
2569 @item
2570 The total range of indices in the table---the largest index
2571 minus the smallest one (both inclusive).
2572
2573 @item
2574 A label that precedes the table itself.
2575
2576 @item
2577 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
2578 (If the machine-description macro @code{CASE_DROPS_THROUGH} is defined,
2579 then an out-of-bounds index drops through to the code following
2580 the jump table instead of jumping to this label.  In that case,
2581 this label is not actually used by the @samp{casesi} instruction,
2582 but it is always provided as an operand.)
2583 @end enumerate
2584
2585 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
2586 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
2587 difference between the upper bound and the lower bound.
2588
2589 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
2590 @item @samp{tablejump}
2591 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
2592 capability which can be used to implement a dispatch table when there
2593 is no @samp{casesi} pattern.
2594
2595 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
2596 which should immediately precede the jump table.  If the macro
2597 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
2598 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
2599 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
2600 mode @code{Pmode}.
2601
2602 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
2603 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
2604 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
2605 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
2606
2607
2608 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
2609 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
2610 Conditional branch instruction that decrements a register and
2611 jumps if the register is non-zero.  Operand 0 is the register to
2612 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
2613 register is non-zero.  @xref{Looping Patterns}.
2614
2615 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
2616 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
2617 reduction is enabled.
2618
2619 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
2620 @item @samp{doloop_end}
2621 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
2622 the register is non-zero.  This instruction takes five operands: Operand
2623 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
2624 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
2625 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
2626 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
2627 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
2628 1); operand 4 is the label to jump to if the register is non-zero.
2629 @xref{Looping Patterns}.
2630
2631 This optional instruction pattern should be defined for machines with
2632 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
2633 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
2634 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
2635 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
2636 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
2637 too large for this instruction, make it fail.
2638
2639 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
2640 @item @samp{doloop_begin}
2641 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
2642 need to perform some initialisation, such as loading special registers
2643 used by a low-overhead looping instruction.  If initialisation insns do
2644 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
2645 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
2646
2647
2648 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
2649 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
2650 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
2651 into operand 0.
2652
2653 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
2654 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
2655 and also has mode @code{Pmode}.
2656
2657 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
2658 the address of the function which would be called if the function
2659 pointer were used in an indirect call.
2660
2661 Only define this pattern if function pointers on the target machine
2662 can have different values but still call the same function when
2663 used in an indirect call.
2664
2665 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
2666 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
2667 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
2668 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
2669 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
2670 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
2671 @item @samp{save_stack_block}
2672 @itemx @samp{save_stack_function}
2673 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
2674 @itemx @samp{restore_stack_block}
2675 @itemx @samp{restore_stack_function}
2676 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
2677 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
2678 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
2679 such machines.
2680
2681 Some machines require special handling for stack pointer saves and
2682 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
2683 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
2684 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
2685 saves and restores are:
2686
2687 @enumerate
2688 @item
2689 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
2690 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
2691 restores the stack pointer when the block is exited.
2692
2693 @item
2694 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
2695 similar job for the outermost block of a function and are used when the
2696 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
2697 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
2698 restore sequence on some machines.
2699
2700 @item
2701 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
2702 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
2703 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
2704 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
2705 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
2706 and restoring additional data such as register window information or
2707 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
2708 such required data.
2709 @end enumerate
2710
2711 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
2712 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
2713 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
2714 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
2715 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
2716 for a particular type of save (either because no save is needed or
2717 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
2718 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
2719 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
2720 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
2721
2722 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
2723 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
2724 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
2725
2726 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
2727 @item @samp{allocate_stack}
2728 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
2729 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
2730
2731 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
2732 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
2733 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
2734 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
2735 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
2736 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
2737 stack is free.
2738
2739 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
2740 Some machines require other operations such as stack probes or
2741 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
2742 operations in addition to updating the stack pointer.
2743
2744 @cindex @code{probe} instruction pattern
2745 @item @samp{probe}
2746 Some machines require instructions to be executed after space is
2747 allocated from the stack, for example to generate a reference at
2748 the bottom of the stack.
2749
2750 If you need to emit instructions before the stack has been adjusted,
2751 put them into the @samp{allocate_stack} pattern.  Otherwise, define
2752 this pattern to emit the required instructions.
2753
2754 No operands are provided.
2755
2756 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
2757 @item @samp{check_stack}
2758 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
2759 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
2760 to perform the needed check and signaling an error if the stack
2761 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
2762 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
2763 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
2764 limit from a global or thread-specific variable or register.
2765
2766 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
2767 @item @samp{nonlocal_goto}
2768 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
2769 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
2770 each representing a value to be used in the jump.  The first
2771 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
2772 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
2773 the third is the address of a location where the stack is saved,
2774 and the last is the address of the label, to be placed in the
2775 location for the incoming static chain.
2776
2777 On most machines you need not define this pattern, since GNU CC will
2778 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
2779 and static chain, restore the stack (using the
2780 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
2781 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
2782 not work on your machine.
2783
2784 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
2785 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
2786 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
2787 nonlocal goto after the code already generated by GNU CC.  You will not
2788 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
2789 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
2790 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
2791 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
2792 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
2793 There are no arguments.
2794
2795 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
2796 @item @samp{exception_receiver}
2797 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
2798 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
2799 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
2800 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
2801 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
2802 an exception.  There are no arguments.
2803
2804 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
2805 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
2806 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
2807 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
2808 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
2809 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
2810 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
2811 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
2812 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
2813 the first three are normally used by the generic mechanism.
2814
2815 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
2816 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
2817 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
2818 builtin setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
2819 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
2820 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
2821 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
2822 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
2823 at a small offset from that label.
2824
2825 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
2826 @item @samp{builtin_longjmp}
2827 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
2828 You will not normally need to define this pattern unless you also define
2829 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
2830 @code{jmp_buf}.
2831
2832 @cindex @code{eh_epilogue} instruction pattern
2833 @item @samp{eh_epilogue}
2834 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
2835 and thence @code{__throw} are built.  It is intended to allow communication
2836 between the exception handling machinery and the normal epilogue code
2837 for the target.
2838
2839 The pattern takes three arguments.  The first is the exception context
2840 pointer.  This will have already been copied to the function return
2841 register appropriate for a pointer; normally this can be ignored.  The
2842 second argument is an offset to be added to the stack pointer.  It will 
2843 have been copied to some arbitrary call-clobbered hard reg so that it
2844 will survive until after reload to when the normal epilogue is generated. 
2845 The final argument is the address of the exception handler to which
2846 the function should return.  This will normally need to copied by the
2847 pattern to some special register.
2848
2849 This pattern must be defined if @code{RETURN_ADDR_RTX} does not yield
2850 something that can be reliably and permanently modified, i.e. a fixed
2851 hard register or a stack memory reference.
2852
2853 @cindex @code{prologue} instruction pattern
2854 @item @samp{prologue}
2855 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
2856 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
2857 pointer register, saving callee saved registers, etc.
2858
2859 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
2860 @code{FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
2861
2862 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
2863 instruction scheduling.
2864
2865 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
2866 @item @samp{epilogue}
2867 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function.  The function
2868 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
2869 registers and emitting the return instruction.
2870
2871 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
2872 @code{FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the prologue.
2873
2874 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
2875 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
2876
2877 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
2878 @item @samp{sibcall_epilogue}
2879 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
2880 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
2881 sibling call (aka tail call) sites.
2882
2883 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
2884 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
2885 function.  
2886
2887 @cindex @code{trap} instruction pattern
2888 @item @samp{trap}
2889 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
2890 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
2891 frontend to signal `invalid array index' exceptions.
2892
2893 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
2894 @item @samp{conditional_trap}
2895 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
2896 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
2897
2898 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
2899
2900 @smallexample
2901 (define_insn "conditional_trap"
2902   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator" 
2903              [(cc0) (const_int 0)])
2904             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
2905   ""
2906   "@dots{}")
2907 @end smallexample
2908
2909 @cindex @code{cycle_display} instruction pattern
2910 @item @samp{cycle_display}
2911
2912 This pattern, if present, will be emitted by the instruction scheduler at
2913 the beginning of each new clock cycle.  This can be used for annotating the
2914 assembler output with cycle counts.  Operand 0 is a @code{const_int} that
2915 holds the clock cycle.
2916
2917 @end table
2918
2919 @node Pattern Ordering
2920 @section When the Order of Patterns Matters
2921 @cindex Pattern Ordering
2922 @cindex Ordering of Patterns
2923
2924 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
2925 pattern that appears first in the machine description is the one used.
2926 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
2927 and faster instructions (those that will produce better code when they
2928 do match) should usually go first in the description.
2929
2930 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
2931 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
2932 instruction for converting a fullword to floating point and another
2933 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
2934 an integer to floating point could match either one.  We put the
2935 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
2936 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
2937 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
2938 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
2939 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
2940 constant value.
2941
2942 @node Dependent Patterns
2943 @section Interdependence of Patterns
2944 @cindex Dependent Patterns
2945 @cindex Interdependence of Patterns
2946
2947 Every machine description must have a named pattern for each of the
2948 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
2949 must always have the form
2950
2951 @example
2952 (set (pc)
2953      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
2954                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
2955                    (pc)))
2956 @end example
2957
2958 @noindent
2959 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
2960 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
2961 look like
2962
2963 @example
2964 (set (pc)
2965      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
2966                    (pc)
2967                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
2968 @end example
2969
2970 @noindent
2971 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
2972 branches into reverse-conditional branches.
2973
2974 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
2975 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
2976 example,
2977
2978 @example
2979 (define_insn ""
2980   [(set (pc)
2981         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
2982                                       [(cc0) (const_int 0)])
2983                       (pc)
2984                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
2985   "@var{condition}"
2986   "@dots{}")
2987 @end example
2988
2989 In some cases machines support instructions identical except for the
2990 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
2991 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
2992 patterns are
2993
2994 @example
2995 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
2996      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
2997
2998 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
2999      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
3000 @end example
3001
3002 @noindent
3003 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
3004 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
3005 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
3006 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
3007 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
3008 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
3009
3010 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
3011 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
3012 compilations.
3013
3014 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
3015 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
3016 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
3017 you should not provide separate patterns for increment and decrement
3018 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
3019 that supports register-register add insns by examining the operands and
3020 generating the appropriate machine instruction.
3021
3022 @node Jump Patterns
3023 @section Defining Jump Instruction Patterns
3024 @cindex jump instruction patterns
3025 @cindex defining jump instruction patterns
3026
3027 For most machines, GNU CC assumes that the machine has a condition code.
3028 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
3029 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
3030 insn tests the condition code and branches or not according its value.
3031 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
3032 common machines, such as the Vax, the 68000 and the 32000, work this
3033 way.
3034
3035 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
3036 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
3037 these machines is to treat them just like the others until the final stage
3038 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
3039 compare instruction, peek ahead at the following branch using
3040 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
3041 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
3042 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
3043 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
3044 can treat signed and unsigned branches identically.
3045
3046 The reason you can do this is that GNU CC always generates a pair of
3047 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
3048 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
3049 until the end.
3050
3051 To go with this technique, you must define the machine-description macro
3052 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
3053 compare instruction is superfluous.
3054
3055 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
3056 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
3057 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
3058 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
3059 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
3060
3061 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
3062 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
3063 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
3064 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
3065 above in addition to any special patterns you define.
3066
3067 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
3068 code and there may not even be a separate condition code register.  On
3069 these machines, the restriction that the definition and use of the
3070 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
3071 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
3072 delay for taken branches unless the condition code register is set three
3073 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
3074 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
3075 separate the definition and use of the condition code register.
3076
3077 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
3078 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
3079 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
3080 comparison result can be placed in any general register, or if there are
3081 multiple condition registers, use a pseudo register.
3082
3083 @findex prev_cc0_setter
3084 @findex next_cc0_user
3085 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
3086 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
3087 Sparc, setting the condition code directly from an add or subtract
3088 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
3089 instruction does, so a different branch instruction must be used for
3090 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
3091 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
3092 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
3093 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
3094 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
3095 and @code{next_cc0_user}.
3096
3097 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
3098 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
3099 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
3100 we use the machine mode of the condition code register to record
3101 different formats of the condition code register.
3102
3103 Registers used to store the condition code value should have a mode that
3104 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
3105 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
3106 the Sparc), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
3107 additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
3108 @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
3109
3110 If it is known during RTL generation that a different mode will be
3111 required (for example, if the machine has separate compare instructions
3112 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
3113 be specified at that time.
3114
3115 If the cases that require different modes would be made by instruction
3116 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
3117 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
3118 written using that mode.  To support the case of the add on the Sparc
3119 discussed above, we have the pattern
3120
3121 @smallexample
3122 (define_insn ""
3123   [(set (reg:CC_NOOV 0)
3124         (compare:CC_NOOV
3125           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
3126                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
3127           (const_int 0)))]
3128   ""
3129   "@dots{}")
3130 @end smallexample
3131
3132 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the Sparc returns @code{CC_NOOVmode}
3133 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
3134
3135 @node Looping Patterns
3136 @section Defining Looping Instruction Patterns
3137 @cindex looping instruction patterns
3138 @cindex defining looping instruction patterns
3139
3140 Some machines have special jump instructions that can be utilised to
3141 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
3142 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
3143 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
3144 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
3145 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
3146 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
3147 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
3148 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
3149 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls asociated with
3150 the jump.
3151
3152 GNU CC has three special named patterns to support low overhead looping,
3153 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin}, and
3154 @samp{doloop_end}.  The first pattern,
3155 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
3156 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
3157 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
3158 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
3159 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
3160 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
3161 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
3162 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
3163 following for its @code{dbra} instruction:
3164
3165 @smallexample
3166 @group
3167 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3168   [(set (pc)
3169         (if_then_else
3170           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3171                        (const_int -1))
3172               (const_int 0))
3173           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3174           (pc)))
3175    (set (match_dup 0)
3176         (plus:SI (match_dup 0)
3177                  (const_int -1)))]
3178   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3179   "...")
3180 @end group
3181 @end smallexample
3182
3183 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
3184 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
3185 since this insn is generated by the instruction combination phase
3186 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
3187 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
3188 decrement operation, in this case -1.  Note that the following similar
3189 pattern will not be matched by the combiner.
3190
3191 @smallexample
3192 @group
3193 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3194   [(set (pc)
3195         (if_then_else
3196           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3197               (const_int 1))
3198           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3199           (pc)))
3200    (set (match_dup 0)
3201         (plus:SI (match_dup 0)
3202                  (const_int -1)))]
3203   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3204   "...")
3205 @end group
3206 @end smallexample
3207
3208 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
3209 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimiser for certain
3210 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
3211 information collected during strength reduction.  
3212
3213 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
3214 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
3215 is an optional companion pattern that can be used for initialisation
3216 needed for some low-overhead looping instructions.
3217
3218 Note that some machines require the actual looping instruction to be
3219 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
3220 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
3221 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
3222 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
3223 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
3224 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
3225 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
3226 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
3227 desired special iteration counter register was not allocated, this
3228 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
3229 instruction pair.
3230
3231 The essential difference between the
3232 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
3233 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
3234 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
3235 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
3236 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
3237 may become redundant and removed by the flow pass.
3238
3239
3240 @node Insn Canonicalizations
3241 @section Canonicalization of Instructions
3242 @cindex canonicalization of instructions
3243 @cindex insn canonicalization
3244
3245 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
3246 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
3247 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
3248 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
3249 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
3250 number of insn patterns required.
3251
3252 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
3253 are performed:
3254
3255 @itemize @bullet
3256 @item
3257 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
3258 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
3259 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
3260 be supplied.
3261
3262 @cindex @code{neg}, canonicalization of
3263 @cindex @code{not}, canonicalization of
3264 @cindex @code{mult}, canonicalization of
3265 @cindex @code{plus}, canonicalization of
3266 @cindex @code{minus}, canonicalization of
3267 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
3268 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
3269 first operand.
3270
3271 @cindex @code{compare}, canonicalization of
3272 @item
3273 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
3274 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
3275 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
3276 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
3277 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
3278 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
3279 such an instruction.
3280
3281 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
3282 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
3283 above.
3284
3285 @item
3286 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
3287 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
3288
3289 @item
3290 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
3291 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
3292
3293 @cindex @code{ior}, canonicalization of
3294 @cindex @code{and}, canonicalization of
3295 @cindex De Morgan's law
3296 @item
3297 De`Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
3298 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
3299 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
3300
3301 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
3302 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
3303 for that instruction as
3304
3305 @example
3306 (define_insn ""
3307   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3308         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3309                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
3310   "@dots{}"
3311   "@dots{}")
3312 @end example
3313
3314 @noindent
3315 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
3316
3317 @example
3318 (define_insn ""
3319   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3320         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3321                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
3322   "@dots{}"
3323   "@dots{}")
3324 @end example
3325
3326 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
3327 logically equivalent RTL expressions.
3328
3329 @cindex @code{xor}, canonicalization of
3330 @item
3331 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
3332 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
3333 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.@refill
3334
3335 @item
3336 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
3337 the form
3338
3339 @example
3340 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
3341 @end example
3342
3343 @item
3344 On machines that do not use @code{cc0},
3345 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
3346 @var{x}.@refill
3347
3348 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
3349 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
3350 @item
3351 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
3352 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
3353 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
3354
3355 @end itemize
3356
3357 @node Expander Definitions
3358 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
3359 @cindex expander definitions
3360 @cindex code generation RTL sequences
3361 @cindex defining RTL sequences for code generation
3362
3363 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
3364 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
3365 represent them.  For these target machines, you can write a
3366 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL.
3367
3368 @findex define_expand
3369 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
3370 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
3371 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
3372
3373 A @code{define_expand} RTX has four operands:
3374
3375 @itemize @bullet
3376 @item
3377 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
3378 use for it is to refer to it by name.
3379
3380 @item
3381 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
3382 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
3383 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
3384
3385 @item
3386 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
3387 used to express how the availability of this pattern depends on
3388 subclasses of target machine, selected by command-line options when GNU
3389 CC is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
3390 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
3391 depend on the data in the insn being matched, but only the
3392 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
3393 during initialization in order to learn exactly which named instructions
3394 are available in a particular run.
3395
3396 @item
3397 The preparation statements, a string containing zero or more C
3398 statements which are to be executed before RTL code is generated from
3399 the RTL template.
3400
3401 Usually these statements prepare temporary registers for use as
3402 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
3403 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
3404 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
3405 @end itemize
3406
3407 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
3408 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
3409 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
3410 it.
3411
3412 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
3413 also describes the operands that need to be specified when this pattern
3414 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
3415
3416 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
3417 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
3418 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
3419 predicate into the tables that record such things.  GNU CC uses the
3420 information to preload the operand into a register if that is required for
3421 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
3422 references should use @code{match_dup}.
3423
3424 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
3425 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
3426 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
3427 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
3428 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
3429 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
3430 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
3431 compute the values and store them into the appropriate elements of
3432 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
3433
3434 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
3435 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
3436 as a statement.
3437
3438 @table @code
3439
3440 @findex DONE
3441 @item DONE
3442 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
3443 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
3444 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
3445 preparation statements; the RTL template will not be generated.
3446
3447 @findex FAIL
3448 @item FAIL
3449 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
3450 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
3451 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
3452
3453 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
3454 shifting, etc.) and bitfield (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
3455 operations.
3456 @end table
3457
3458 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
3459 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
3460 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
3461 insn.
3462
3463 The RTL template is not used for matching, only for generating the
3464 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
3465 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
3466 list of operands, such as this example:
3467
3468 @smallexample
3469 @group
3470 (define_expand "addsi3"
3471   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3472    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
3473    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
3474 @end group
3475 @group
3476   ""
3477   "
3478 @{
3479   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
3480   DONE;
3481 @}")
3482 @end group
3483 @end smallexample
3484
3485 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
3486
3487 @smallexample
3488 @group
3489 (define_expand "ashlsi3"
3490   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3491         (ashift:SI
3492 @end group
3493 @group
3494           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
3495           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
3496   ""
3497   "
3498 @end group
3499 @end smallexample
3500
3501 @smallexample
3502 @group
3503 @{
3504   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
3505       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
3506     FAIL;
3507 @}")
3508 @end group
3509 @end smallexample
3510
3511 @noindent
3512 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
3513 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
3514 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
3515 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
3516 library call).
3517
3518 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
3519 patterns with names, then it would be possible to use a
3520 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
3521 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
3522
3523 @smallexample
3524 (define_expand "zero_extendhisi2"
3525   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
3526         (const_int 0))
3527    (set (strict_low_part
3528           (subreg:HI
3529             (match_dup 0)
3530             0))
3531         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
3532   ""
3533   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
3534 @end smallexample
3535
3536 @noindent
3537 @findex make_safe_from
3538 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
3539 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
3540 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
3541 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
3542 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
3543 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
3544 by emitting another RTL insn.
3545
3546 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
3547 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
3548 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
3549 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
3550 on this machine.  So it must be copied into a register with
3551 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
3552
3553 @smallexample
3554 (define_expand "zero_extendhisi2"
3555   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3556         (and:SI (subreg:SI
3557                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
3558                   0)
3559                 (match_dup 2)))]
3560   ""
3561   "operands[2]
3562      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
3563 @end smallexample
3564
3565 @strong{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
3566 standard binary or unary arithmetic operation or a bitfield operation,
3567 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
3568 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
3569 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
3570 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
3571 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
3572 in the compiler.@refill
3573
3574 @node Insn Splitting
3575 @section Defining How to Split Instructions
3576 @cindex insn splitting
3577 @cindex instruction splitting
3578 @cindex splitting instructions
3579
3580 There are two cases where you should specify how to split a pattern into
3581 multiple insns.  On machines that have instructions requiring delay
3582 slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose output is
3583 not available for multiple cycles (@pxref{Function Units}), the compiler
3584 phases that optimize these cases need to be able to move insns into
3585 one-instruction delay slots.  However, some insns may generate more than one
3586 machine instruction.  These insns cannot be placed into a delay slot.
3587
3588 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
3589 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
3590 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
3591 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
3592 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
3593 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
3594 scheduling.
3595
3596 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
3597 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
3598 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
3599 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
3600 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
3601 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
3602 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
3603 split the addition into two insns is machine-dependent.
3604
3605 @findex define_split
3606 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
3607 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
3608
3609 @smallexample
3610 (define_split
3611   [@var{insn-pattern}]
3612   "@var{condition}"
3613   [@var{new-insn-pattern-1}
3614    @var{new-insn-pattern-2}
3615    @dots{}]
3616   "@var{preparation statements}")
3617 @end smallexample
3618
3619 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
3620 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
3621 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
3622 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
3623 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
3624 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
3625
3626 The @var{preparation statements} are similar to those statements that
3627 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3628 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
3629 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
3630 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
3631 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
3632 must not allocate any space in the stack frame.
3633
3634 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
3635 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
3636 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
3637 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
3638 @code{reload_completed} is non-zero, is known to satisfy the constraints
3639 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
3640 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
3641 @code{reload_completed} is non-zero, must also satisfy the constraints
3642 of those definitions.
3643
3644 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
3645 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
3646 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
3647
3648 @smallexample
3649 (define_split
3650   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
3651         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
3652   ""
3653   [(set (match_dup 0)
3654         (ashift:SI (match_dup 1)
3655                    (const_int 16)))
3656    (set (match_dup 0)
3657         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
3658                      (const_int 16)))]
3659   "
3660 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
3661 @end smallexample
3662
3663 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
3664 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
3665 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
3666 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
3667 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
3668 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
3669 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
3670 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
3671 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
3672 @code{define_split} that will never produce insns that match).
3673
3674 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
3675 @file{rs6000.md}:
3676
3677 @smallexample
3678 (define_split
3679   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
3680         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
3681                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
3682   ""
3683   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
3684    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
3685 "
3686 @{
3687   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
3688   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
3689
3690   if (low & 0x8000)
3691     high++, low |= 0xffff0000;
3692
3693   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
3694   operands[4] = GEN_INT (low);
3695 @}")
3696 @end smallexample
3697
3698 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
3699 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
3700 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
3701 can be substituted into the address of a subsequent operation.
3702
3703 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
3704 an equality comparison of a register and a large constant:
3705
3706 @smallexample
3707 (define_split
3708   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
3709         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
3710                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
3711    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
3712   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
3713    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
3714        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
3715   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
3716    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
3717   "
3718 @{
3719   /* Get the constant we are comparing against, C, and see what it
3720      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
3721      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.  */
3722
3723   int c = INTVAL (operands[2]);
3724   int sextc = (c << 16) >> 16;
3725   int xorv = c ^ sextc;
3726
3727   operands[4] = GEN_INT (xorv);
3728   operands[5] = GEN_INT (sextc);
3729 @}")
3730 @end smallexample
3731
3732 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
3733 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
3734 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
3735 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
3736 are not valid.
3737
3738 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
3739 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
3740 this:
3741
3742 @smallexample
3743 (define_insn_and_split
3744   [@var{insn-pattern}]
3745   "@var{condition}"
3746   "@var{output-template}"
3747   "@var{split-condition}"
3748   [@var{new-insn-pattern-1}
3749    @var{new-insn-pattern-2}
3750    @dots{}]
3751   "@var{preparation statements}"
3752   [@var{insn-attributes}])
3753
3754 @end smallexample
3755
3756 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
3757 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
3758 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
3759 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
3760 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
3761 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
3762 logical "and" of the split condition with the insn condition.  For example,
3763 from i386.md:
3764
3765 @smallexample
3766 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
3767   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
3768      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
3769    (clobber (reg:CC 17))]
3770   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
3771   "#"
3772   "&& reload_completed"
3773   [(parallel [(set (match_dup 0) (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
3774               (clobber (reg:CC 17))])]
3775   ""
3776   [(set_attr "type" "alu1")])
3777
3778 @end smallexample
3779
3780 In this case, the actual split condition will be 
3781 "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed."
3782
3783 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
3784 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
3785 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
3786 having to ensure the two patterns' templates match.
3787
3788 @node Peephole Definitions
3789 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
3790 @cindex peephole optimizer definitions
3791 @cindex defining peephole optimizers
3792
3793 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
3794 definitions of machine-specific peephole optimizations.
3795
3796 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
3797 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
3798 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
3799 though the second one does not appear to use a register computed in the
3800 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
3801 opportunities.
3802
3803 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
3804 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
3805 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
3806 is deprecated.
3807
3808 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
3809 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
3810 but before scheduling, which may result in much better code for 
3811 targets that do scheduling.
3812
3813 @menu
3814 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
3815 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
3816 @end menu
3817
3818 @node define_peephole
3819 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
3820 @findex define_peephole
3821
3822 @need 1000
3823 A definition looks like this:
3824
3825 @smallexample
3826 (define_peephole
3827   [@var{insn-pattern-1}
3828    @var{insn-pattern-2}
3829    @dots{}]
3830   "@var{condition}"
3831   "@var{template}"
3832   "@var{optional insn-attributes}")
3833 @end smallexample
3834
3835 @noindent
3836 The last string operand may be omitted if you are not using any
3837 machine-specific information in this machine description.  If present,
3838 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
3839
3840 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
3841 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
3842 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
3843 the next, and so on.@refill
3844
3845 Each of the insns matched by a peephole must also match a
3846 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
3847 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
3848 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
3849 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
3850 stages.
3851
3852 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
3853 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
3854 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
3855 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
3856 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
3857 other.
3858
3859 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
3860 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
3861 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
3862 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
3863 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
3864
3865 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
3866 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
3867 previously tested.
3868
3869 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
3870 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
3871 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
3872 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
3873 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
3874 patterns.
3875
3876 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
3877 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
3878 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
3879 the operands.
3880
3881 @findex prev_active_insn
3882 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
3883 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
3884 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
3885 to refer to the last of the insns being matched; use
3886 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
3887
3888 @findex dead_or_set_p
3889 When optimizing computations with intermediate results, you can use
3890 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
3891 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
3892 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
3893 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
3894 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
3895 value (from @code{operands[@var{i}]}).@refill
3896
3897 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
3898 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
3899 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
3900 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
3901 used in matching the original sequence of insns.
3902
3903 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
3904 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
3905 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
3906 as the insn pattern to control how the insn is output.
3907
3908 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
3909 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
3910
3911 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
3912
3913 @smallexample
3914 (define_peephole
3915   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
3916    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
3917         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
3918   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
3919   "*
3920 @{
3921   rtx xoperands[2];
3922   xoperands[1] = gen_rtx (REG, SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
3923 #ifdef MOTOROLA
3924   output_asm_insn (\"move.l %1,(sp)\", xoperands);
3925   output_asm_insn (\"move.l %1,-(sp)\", operands);
3926   return \"fmove.d (sp)+,%0\";
3927 #else
3928   output_asm_insn (\"movel %1,sp@@\", xoperands);
3929   output_asm_insn (\"movel %1,sp@@-\", operands);
3930   return \"fmoved sp@@+,%0\";
3931 #endif
3932 @}
3933 ")
3934 @end smallexample
3935
3936 @need 1000
3937 The effect of this optimization is to change
3938
3939 @smallexample
3940 @group
3941 jbsr _foobar
3942 addql #4,sp
3943 movel d1,sp@@-
3944 movel d0,sp@@-
3945 fmoved sp@@+,fp0
3946 @end group
3947 @end smallexample
3948
3949 @noindent
3950 into
3951
3952 @smallexample
3953 @group
3954 jbsr _foobar
3955 movel d1,sp@@
3956 movel d0,sp@@-
3957 fmoved sp@@+,fp0
3958 @end group
3959 @end smallexample
3960
3961 @ignore
3962 @findex CC_REVERSED
3963 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
3964 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
3965 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
3966 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
3967 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
3968 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
3969 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
3970 and in this C code check the condition code status flags and change the
3971 assembler code as appropriate.
3972 @end ignore
3973
3974 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
3975 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
3976 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
3977 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
3978 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
3979 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
3980 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
3981 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
3982 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
3983
3984 @smallexample
3985 (define_insn "divmodsi4"
3986   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
3987         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
3988                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
3989    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
3990         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
3991   "TARGET_68020"
3992   "divsl%.l %2,%3:%0")
3993 @end smallexample
3994
3995 @noindent
3996 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
3997
3998 @smallexample
3999 (define_peephole
4000   [@dots{}
4001    (parallel
4002     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
4003           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
4004                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
4005      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4006           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
4007    @dots{}]
4008   @dots{})
4009 @end smallexample
4010
4011 @node define_peephole2
4012 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
4013 @findex define_peephole2
4014
4015 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
4016 substitute one sequence of instructions for another sequence, 
4017 what additional scratch registers may be needed and what their
4018 lifetimes must be.
4019
4020 @smallexample
4021 (define_peephole2
4022   [@var{insn-pattern-1}
4023    @var{insn-pattern-2}
4024    @dots{}]
4025   "@var{condition}"
4026   [@var{new-insn-pattern-1}
4027    @var{new-insn-pattern-2}
4028    @dots{}]
4029   "@var{preparation statements}")
4030 @end smallexample
4031
4032 The definition is almost identical to @code{define_split}
4033 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
4034 single instruction, but a sequence of instructions.
4035
4036 It is possible to request additional scratch registers for use in the
4037 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
4038 will simply not match.
4039
4040 @findex match_scratch
4041 @findex match_dup
4042 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
4043 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
4044 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
4045 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
4046 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
4047 at which the register must be available.
4048
4049 Here is an example from the IA-32 machine description:
4050
4051 @smallexample
4052 (define_peephole2
4053   [(match_scratch:SI 2 "r")
4054    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4055                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
4056                      [(match_dup 0)
4057                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
4058               (clobber (reg:CC 17))])]
4059   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
4060   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
4061    (parallel [(set (match_dup 0)
4062                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
4063               (clobber (reg:CC 17))])]
4064   "")
4065 @end smallexample
4066
4067 @noindent
4068 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
4069 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
4070 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
4071 to be live only at the point just before the arithmetic.
4072
4073 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
4074 so here's a silly made-up example:
4075
4076 @smallexample
4077 (define_peephole2
4078   [(match_scratch:SI 4 "r")
4079    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
4080    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
4081    (match_dup 4)
4082    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
4083   "@var{determine 1 does not overlap 0 and 2}"
4084   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
4085    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
4086    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
4087    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
4088   "")
4089 @end smallexample
4090
4091 @noindent
4092 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
4093 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
4094 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
4095
4096 @node Insn Attributes
4097 @section Instruction Attributes
4098 @cindex insn attributes
4099 @cindex instruction attributes
4100
4101 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
4102 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
4103 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
4104 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
4105 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
4106 to track the condition codes.
4107
4108 @menu
4109 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
4110 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
4111 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
4112 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
4113 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
4114 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
4115 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
4116 * Function Units::      Specifying information for insn scheduling.
4117 @end menu
4118
4119 @node Defining Attributes
4120 @subsection Defining Attributes and their Values
4121 @cindex defining attributes and their values
4122 @cindex attributes, defining
4123
4124 @findex define_attr
4125 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
4126 by the target machine.  It looks like:
4127
4128 @smallexample
4129 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
4130 @end smallexample
4131
4132 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
4133
4134 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
4135 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
4136 indicate that the attribute takes numeric values.
4137
4138 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
4139 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
4140 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
4141 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
4142 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
4143
4144 @findex insn-attr.h
4145 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
4146 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
4147 specified for an attribute, the following are defined:
4148
4149 @itemize @bullet
4150 @item
4151 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
4152
4153 @item
4154 An enumeral class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
4155 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
4156 the attribute name and value are first converted to upper case.
4157
4158 @item
4159 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
4160 returns the attribute value for that insn.
4161 @end itemize
4162
4163 For example, if the following is present in the @file{md} file:
4164
4165 @smallexample
4166 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
4167 @end smallexample
4168
4169 @noindent
4170 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
4171
4172 @smallexample
4173 #define HAVE_ATTR_type
4174 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
4175                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
4176 extern enum attr_type get_attr_type ();
4177 @end smallexample
4178
4179 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
4180 defined and the function to obtain the attribute's value will return
4181 @code{int}.
4182
4183 @node Expressions
4184 @subsection Attribute Expressions
4185 @cindex attribute expressions
4186
4187 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
4188 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
4189 Attribute value expressions must have one of the following forms:
4190
4191 @table @code
4192 @cindex @code{const_int} and attributes
4193 @item (const_int @var{i})
4194 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
4195 must be non-negative.
4196
4197 The value of a numeric attribute can be specified either with a
4198 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
4199 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
4200 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
4201 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
4202
4203 @cindex @code{const_string} and attributes
4204 @item (const_string @var{value})
4205 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
4206 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
4207 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
4208 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
4209 of a @code{define_attr}.@refill
4210
4211 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
4212 must be a string containing a non-negative integer (normally
4213 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
4214 contain one of the valid values for the attribute.
4215
4216 @cindex @code{if_then_else} and attributes
4217 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
4218 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
4219 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
4220 otherwise it is @var{false-value}.
4221
4222 @cindex @code{cond} and attributes
4223 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
4224 The first operand of this expression is a vector containing an even
4225 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
4226 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
4227 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
4228 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
4229 expression is that of the @var{default} expression.
4230 @end table
4231
4232 @var{test} expressions can have one of the following forms:
4233
4234 @table @code
4235 @cindex @code{const_int} and attribute tests
4236 @item (const_int @var{i})
4237 This test is true if @var{i} is non-zero and false otherwise.
4238
4239 @cindex @code{not} and attributes
4240 @cindex @code{ior} and attributes
4241 @cindex @code{and} and attributes
4242 @item (not @var{test})
4243 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
4244 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
4245 These tests are true if the indicated logical function is true.
4246
4247 @cindex @code{match_operand} and attributes
4248 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
4249 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
4250 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
4251 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
4252 @var{pred} returns a non-zero value when passed operand @var{n} and mode
4253 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
4254 string).
4255
4256 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
4257
4258 @cindex @code{le} and attributes
4259 @cindex @code{leu} and attributes
4260 @cindex @code{lt} and attributes
4261 @cindex @code{gt} and attributes
4262 @cindex @code{gtu} and attributes
4263 @cindex @code{ge} and attributes
4264 @cindex @code{geu} and attributes
4265 @cindex @code{ne} and attributes
4266 @cindex @code{eq} and attributes
4267 @cindex @code{plus} and attributes
4268 @cindex @code{minus} and attributes
4269 @cindex @code{mult} and attributes
4270 @cindex @code{div} and attributes
4271 @cindex @code{mod} and attributes
4272 @cindex @code{abs} and attributes
4273 @cindex @code{neg} and attributes
4274 @cindex @code{ashift} and attributes
4275 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
4276 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
4277 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
4278 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
4279 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
4280 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
4281 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
4282 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
4283 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
4284 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
4285 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
4286 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
4287 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
4288 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
4289 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
4290 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
4291 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.@refill
4292
4293 @findex get_attr
4294 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
4295 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
4296 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
4297 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
4298 variable.@refill
4299
4300 @findex eq_attr
4301 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
4302 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
4303
4304 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
4305 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
4306 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
4307 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
4308 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
4309 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
4310 @emph{not} in the specified list.
4311
4312 For example,
4313
4314 @smallexample
4315 (eq_attr "type" "load,store")
4316 @end smallexample
4317
4318 @noindent
4319 is equivalent to
4320
4321 @smallexample
4322 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
4323 @end smallexample
4324
4325 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
4326 value of the compiler variable @code{which_alternative}
4327 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
4328 example,@refill
4329
4330 @smallexample
4331 (eq_attr "alternative" "2,3")
4332 @end smallexample
4333
4334 @noindent
4335 is equivalent to
4336
4337 @smallexample
4338 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
4339      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
4340 @end smallexample
4341
4342 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
4343 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
4344 a particular pattern.  This is by far the most common case.@refill
4345
4346 @findex attr_flag
4347 @item (attr_flag @var{name})
4348 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
4349 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
4350 scheduled.
4351
4352 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
4353 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
4354 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
4355 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
4356 if a conditional branch is expected to be taken.
4357
4358 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
4359 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
4360
4361 This example describes a conditional branch delay slot which
4362 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
4363 for backward branches which are not taken (annul-false).
4364
4365 @smallexample
4366 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
4367   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
4368    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
4369         (attr_flag "forward"))
4370    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
4371         (attr_flag "backward"))])
4372 @end smallexample
4373
4374 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
4375 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4376
4377 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
4378 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4379 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
4380 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4381
4382 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
4383 meaning to other passes of the compiler.
4384
4385 @findex attr
4386 @item (attr @var{name})
4387 The value of another attribute is returned.  This is most useful
4388 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
4389 produce more efficient code for non-numeric attributes.
4390 @end table
4391
4392 @node Tagging Insns
4393 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
4394 @cindex tagging insns
4395 @cindex assigning attribute values to insns
4396
4397 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
4398 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
4399 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
4400 have an optional last argument to specify the values of attributes for
4401 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
4402 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
4403 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
4404 permits the specification of the values for only one or two attributes
4405 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
4406 next section.@refill
4407
4408 The optional last argument of @code{define_insn} and
4409 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
4410 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
4411 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
4412 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
4413 second operand of the @code{set} is an attribute expression
4414 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.@refill
4415
4416 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
4417 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
4418 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
4419 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
4420 each alternative.
4421
4422 @findex set_attr
4423 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
4424 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
4425 specifying a string giving either a single attribute value or a list
4426 of attribute values, one for each alternative.
4427
4428 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
4429 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
4430
4431 @table @code
4432 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
4433 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
4434 or a string containing a comma-separated list giving the values for
4435 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
4436 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
4437
4438 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
4439 which case the attribute will assume its default value for insns matching
4440 that alternative.
4441
4442 @findex set_attr_alternative
4443 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
4444 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
4445 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
4446 tests on the @samp{alternative} attribute.
4447
4448 @findex attr
4449 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
4450 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
4451 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
4452 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
4453 @end table
4454
4455 The following shows three different ways of representing the same
4456 attribute value specification:
4457
4458 @smallexample
4459 (set_attr "type" "load,store,arith")
4460
4461 (set_attr_alternative "type"
4462                       [(const_string "load") (const_string "store")
4463                        (const_string "arith")])
4464
4465 (set (attr "type")
4466      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
4467             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
4468            (const_string "arith")))
4469 @end smallexample
4470
4471 @need 1000
4472 @findex define_asm_attributes
4473 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
4474 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
4475 statement.  It has the form:
4476
4477 @smallexample
4478 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
4479 @end smallexample
4480
4481 @noindent
4482 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
4483 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
4484
4485 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
4486 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
4487
4488 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
4489 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
4490 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
4491 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
4492 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
4493 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
4494 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
4495 of a single machine instruction.
4496
4497 @node Attr Example
4498 @subsection Example of Attribute Specifications
4499 @cindex attribute specifications example
4500 @cindex attribute specifications
4501
4502 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
4503 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
4504 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
4505 value.  This attribute is normally used only to define the default value
4506 for other attributes.  An example will clarify this usage.
4507
4508 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
4509 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
4510 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
4511 operations, floating point operations, and branches.
4512
4513 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
4514 the condition code and will limit ourselves to the following possible
4515 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
4516 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
4517 changed if the item previously set into the condition code has been
4518 modified.
4519
4520 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
4521
4522 @smallexample
4523 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
4524
4525 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
4526              (cond [(eq_attr "type" "load")
4527                         (const_string "change0")
4528                     (eq_attr "type" "store,branch")
4529                         (const_string "unchanged")
4530                     (eq_attr "type" "arith")
4531                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
4532                                       (const_string "set")
4533                                       (const_string "clobber"))]
4534                    (const_string "clobber")))
4535
4536 (define_insn ""
4537   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
4538         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
4539   ""
4540   "@@
4541    move %0,%1
4542    load %0,%1
4543    store %0,%1"
4544   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
4545 @end smallexample
4546
4547 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
4548 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
4549 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
4550 full-word result.
4551
4552 @node Insn Lengths
4553 @subsection Computing the Length of an Insn
4554 @cindex insn lengths, computing
4555 @cindex computing the length of an insn
4556
4557 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
4558 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
4559 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
4560 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @samp{length}
4561 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
4562 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
4563
4564 In the case of the @samp{length} attribute, two additional forms of
4565 arithmetic terms are allowed in test expressions:
4566
4567 @table @code
4568 @cindex @code{match_dup} and attributes
4569 @item (match_dup @var{n})
4570 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
4571 must be a @code{label_ref}.
4572
4573 @cindex @code{pc} and attributes
4574 @item (pc)
4575 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
4576 been more consistent with other usage to make this the address of the
4577 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
4578 current insn is to be computed.
4579 @end table
4580
4581 @cindex @code{addr_vec}, length of
4582 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
4583 For normal insns, the length will be determined by value of the
4584 @samp{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
4585 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
4586 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
4587
4588 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
4589
4590 The following macros can be used to refine the length computation:
4591
4592 @table @code
4593 @findex FIRST_INSN_ADDRESS
4594 @item FIRST_INSN_ADDRESS
4595 When the @code{length} insn attribute is used, this macro specifies the
4596 value to be assigned to the address of the first insn in a function.  If
4597 not specified, 0 is used.
4598
4599 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
4600 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
4601 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
4602 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
4603 that contains the initially computed length of the insn and should be
4604 updated with the correct length of the insn.
4605
4606 This macro will normally not be required.  A case in which it is
4607 required is the ROMP.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
4608 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
4609 may be required.
4610 @end table
4611
4612 @findex get_attr_length
4613 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
4614 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
4615 determine the form of the branch instruction to be written, as the
4616 example below illustrates.
4617
4618 As an example of the specification of variable-length branches, consider
4619 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
4620 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
4621 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
4622 sequence to load the address from memory and then branch to it.
4623
4624 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
4625 as follows:
4626
4627 @smallexample
4628 (define_insn "jump"
4629   [(set (pc)
4630         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
4631   ""
4632   "*
4633 @{
4634    return (get_attr_length (insn) == 4
4635            ? \"b %l0\" : \"l r15,=a(%l0); br r15\");
4636 @}"
4637   [(set (attr "length") (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
4638                                       (const_int 4)
4639                                       (const_int 6)))])
4640 @end smallexample
4641
4642 @node Constant Attributes
4643 @subsection Constant Attributes
4644 @cindex constant attributes
4645
4646 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
4647 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
4648 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
4649 used to specify which variety of processor is used.  For example,
4650
4651 @smallexample
4652 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
4653  (const
4654   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
4655          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
4656         (const_string "m88000"))))
4657
4658 (define_attr "memory" "fast,slow"
4659  (const
4660   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
4661                 (const_string "fast")
4662                 (const_string "slow"))))
4663 @end smallexample
4664
4665 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
4666 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
4667 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
4668 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
4669 forms involving insn attributes.
4670
4671 @node Delay Slots
4672 @subsection Delay Slot Scheduling
4673 @cindex delay slots, defining
4674
4675 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
4676 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
4677 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
4678 after the instruction are executed as if they were located before it.
4679 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
4680 the following instruction before the branch or call is performed.
4681
4682 On some machines, conditional branch instructions can optionally
4683 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
4684 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
4685 instructions that annul if the branch is true and instructions that
4686 annul if the branch is false are supported.
4687
4688 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
4689 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
4690 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
4691 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
4692 instruction scheduling.
4693
4694 @findex define_delay
4695 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
4696 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
4697
4698 @smallexample
4699 (define_delay @var{test}
4700               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
4701                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
4702                @dots{}])
4703 @end smallexample
4704
4705 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
4706 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
4707 required delay slots is determined by the length of the vector specified
4708 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
4709 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
4710 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
4711 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
4712 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
4713 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.@refill
4714
4715 For example, in the common case where branch and call insns require
4716 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
4717 call, the following would be placed in the @file{md} file:
4718
4719 @smallexample
4720 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
4721               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
4722 @end smallexample
4723
4724 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
4725 case, each such expression specifies different delay slot requirements
4726 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
4727 expressions are both true.
4728
4729 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
4730 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
4731 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
4732 branch is true, we might represent this as follows:
4733
4734 @smallexample
4735 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
4736    [(eq_attr "type" "!branch,call")
4737     (eq_attr "type" "!branch,call")
4738     (nil)])
4739
4740 (define_delay (eq_attr "type" "call")
4741               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
4742                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
4743 @end smallexample
4744 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
4745
4746 @node Function Units
4747 @subsection Specifying Function Units
4748 @cindex function units, for scheduling
4749
4750 On most RISC machines, there are instructions whose results are not
4751 available for a specific number of cycles.  Common cases are instructions
4752 that load data from memory.  On many machines, a pipeline stall will result
4753 if the data is referenced too soon after the load instruction.
4754
4755 In addition, many newer microprocessors have multiple function units, usually
4756 one for integer and one for floating point, and often will incur pipeline
4757 stalls when a result that is needed is not yet ready.
4758
4759 The descriptions in this section allow the specification of how much
4760 time must elapse between the execution of an instruction and the time
4761 when its result is used.  It also allows specification of when the
4762 execution of an instruction will delay execution of similar instructions
4763 due to function unit conflicts.
4764
4765 For the purposes of the specifications in this section, a machine is
4766 divided into @dfn{function units}, each of which execute a specific
4767 class of instructions in first-in-first-out order.  Function units that
4768 accept one instruction each cycle and allow a result to be used in the
4769 succeeding instruction (usually via forwarding) need not be specified.
4770 Classic RISC microprocessors will normally have a single function unit,
4771 which we can call @samp{memory}.  The newer ``superscalar'' processors
4772 will often have function units for floating point operations, usually at
4773 least a floating point adder and multiplier.
4774
4775 @findex define_function_unit
4776 Each usage of a function units by a class of insns is specified with a
4777 @code{define_function_unit} expression, which looks like this:
4778
4779 @smallexample
4780 (define_function_unit @var{name} @var{multiplicity} @var{simultaneity}
4781                       @var{test} @var{ready-delay} @var{issue-delay}
4782                      [@var{conflict-list}])
4783 @end smallexample
4784
4785 @var{name} is a string giving the name of the function unit.
4786
4787 @var{multiplicity} is an integer specifying the number of identical
4788 units in the processor.  If more than one unit is specified, they will
4789 be scheduled independently.  Only truly independent units should be
4790 counted; a pipelined unit should be specified as a single unit.  (The
4791 only common example of a machine that has multiple function units for a
4792 single instruction class that are truly independent and not pipelined
4793 are the two multiply and two increment units of the CDC 6600.)
4794
4795 @var{simultaneity} specifies the maximum number of insns that can be
4796 executing in each instance of the function unit simultaneously or zero
4797 if the unit is pipelined and has no limit.
4798
4799 All @code{define_function_unit} definitions referring to function unit
4800 @var{name} must have the same name and values for @var{multiplicity} and
4801 @var{simultaneity}.
4802
4803 @var{test} is an attribute test that selects the insns we are describing
4804 in this definition.  Note that an insn may use more than one function
4805 unit and a function unit may be specified in more than one
4806 @code{define_function_unit}.
4807
4808 @var{ready-delay} is an integer that specifies the number of cycles
4809 after which the result of the instruction can be used without
4810 introducing any stalls.
4811
4812 @var{issue-delay} is an integer that specifies the number of cycles
4813 after the instruction matching the @var{test} expression begins using
4814 this unit until a subsequent instruction can begin.  A cost of @var{N}
4815 indicates an @var{N-1} cycle delay.  A subsequent instruction may also
4816 be delayed if an earlier instruction has a longer @var{ready-delay}
4817 value.  This blocking effect is computed using the @var{simultaneity},
4818 @var{ready-delay}, @var{issue-delay}, and @var{conflict-list} terms.
4819 For a normal non-pipelined function unit, @var{simultaneity} is one, the
4820 unit is taken to block for the @var{ready-delay} cycles of the executing
4821 insn, and smaller values of @var{issue-delay} are ignored.
4822
4823 @var{conflict-list} is an optional list giving detailed conflict costs
4824 for this unit.  If specified, it is a list of condition test expressions
4825 to be applied to insns chosen to execute in @var{name} following the
4826 particular insn matching @var{test} that is already executing in
4827 @var{name}.  For each insn in the list, @var{issue-delay} specifies the
4828 conflict cost; for insns not in the list, the cost is zero.  If not
4829 specified, @var{conflict-list} defaults to all instructions that use the
4830 function unit.
4831
4832 Typical uses of this vector are where a floating point function unit can
4833 pipeline either single- or double-precision operations, but not both, or
4834 where a memory unit can pipeline loads, but not stores, etc.
4835
4836 As an example, consider a classic RISC machine where the result of a
4837 load instruction is not available for two cycles (a single ``delay''
4838 instruction is required) and where only one load instruction can be executed
4839 simultaneously.  This would be specified as:
4840
4841 @smallexample
4842 (define_function_unit "memory" 1 1 (eq_attr "type" "load") 2 0)
4843 @end smallexample
4844
4845 For the case of a floating point function unit that can pipeline either
4846 single or double precision, but not both, the following could be specified:
4847
4848 @smallexample
4849 (define_function_unit
4850    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "sp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "dp_fp")])
4851 (define_function_unit
4852    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "dp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "sp_fp")])
4853 @end smallexample
4854
4855 @strong{Note:} The scheduler attempts to avoid function unit conflicts
4856 and uses all the specifications in the @code{define_function_unit}
4857 expression.  It has recently come to our attention that these
4858 specifications may not allow modeling of some of the newer
4859 ``superscalar'' processors that have insns using multiple pipelined
4860 units.  These insns will cause a potential conflict for the second unit
4861 used during their execution and there is no way of representing that
4862 conflict.  We welcome any examples of how function unit conflicts work
4863 in such processors and suggestions for their representation.
4864 @end ifset
4865
4866 @node Conditional Execution
4867 @section Conditional Execution
4868 @cindex conditional execution
4869 @cindex predication
4870
4871 A number of architectures provide for some form of conditional
4872 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
4873 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
4874 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
4875 can be quite tedious to describe these forms directly in the
4876 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
4877
4878 @findex define_cond_exec
4879 @smallexample
4880 (define_cond_exec
4881   [@var{predicate-pattern}]
4882   "@var{condition}"
4883   "@var{output template}")
4884 @end smallexample
4885
4886 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
4887 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
4888 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
4889 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
4890 alternative.
4891
4892 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
4893 pattern to match.
4894
4895 @findex current_insn_predicate
4896 @var{output template} is a string similar to the @code{define_insn}
4897 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
4898 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
4899 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
4900 In order to handle the general case, there is a global variable
4901 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
4902 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
4903
4904 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to 
4905 the @code{predicable} instruction attribute is made. 
4906 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e. have
4907 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
4908 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
4909 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the 
4910 alternative or anything else.
4911
4912 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable} 
4913 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
4914 generated that matches a predicated version of the instruction.
4915 For example,
4916
4917 @smallexample
4918 (define_insn "addsi"
4919   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
4920         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
4921                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
4922   "@var{test1}"
4923   "add %2,%1,%0")
4924
4925 (define_cond_exec
4926   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
4927        (const_int 0))]
4928   "@var{test2}"
4929   "(%0)")
4930 @end smallexample
4931
4932 @noindent
4933 generates a new pattern
4934
4935 @smallexample
4936 (define_insn ""
4937   [(cond_exec
4938      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
4939      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
4940           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
4941                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
4942   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
4943   "(%3) add %2,%1,%0")
4944 @end smallexample
4945
4946 @node Constant Definitions
4947 @section Constant Definitions
4948 @cindex constant definitions
4949 @findex define_constants
4950
4951 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
4952 can be a maintenance problem.
4953
4954 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
4955 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
4956 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
4957 if the corresponding value had been written instead.  You may use
4958 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
4959 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
4960 a different value.
4961
4962 To come back to the a29k load multiple example, instead of
4963
4964 @smallexample
4965 (define_insn ""
4966   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
4967      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
4968            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
4969       (use (reg:SI 179))
4970       (clobber (reg:SI 179))])]
4971   ""
4972   "loadm 0,0,%1,%2")
4973 @end smallexample
4974
4975 You could write:
4976
4977 @smallexample
4978 (define_constants [
4979     (R_BP 177)
4980     (R_FC 178)
4981     (R_CR 179)
4982     (R_Q  180)
4983 ])
4984
4985 (define_insn ""
4986   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
4987      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
4988            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
4989       (use (reg:SI R_CR))
4990       (clobber (reg:SI R_CR))])]
4991   ""
4992   "loadm 0,0,%1,%2")
4993 @end smallexample
4994
4995 The constants that are defined with a define_constant are also output
4996 in the insn-codes.h header file as #defines.