OSDN Git Service

2000-09-25 Kazu Hirata <kazu@hxi.com>
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / md.texi
1 @c Copyright (C) 1988, 89, 92, 93, 94, 96, 1998, 2000 Free Software Foundation, Inc.
2 @c This is part of the GCC manual.
3 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
4
5 @ifset INTERNALS
6 @node Machine Desc
7 @chapter Machine Descriptions
8 @cindex machine descriptions
9
10 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
11 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
12
13 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
14 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
15 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
16 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
17 is inside a quoted string.
18
19 See the next chapter for information on the C header file.
20
21 @menu
22 * Patterns::            How to write instruction patterns.
23 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
24 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
25 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
26                           from such an insn.
27 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
28                           the assembler code.
29 * Constraints::         When not all operands are general operands.
30 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
31 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
32 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
33 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
34 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
35 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
36                           for a standard operation.
37 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
38 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
39 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
40 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
41                            predication.
42 @end menu
43
44 @node Patterns
45 @section Everything about Instruction Patterns
46 @cindex patterns
47 @cindex instruction patterns
48
49 @findex define_insn
50 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
51 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
52 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
53 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
54
55 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
56
57 @enumerate
58 @item
59 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
60 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
61 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
62 the instruction patterns with those names, if the names are defined
63 in the machine description.
64
65 The absence of a name is indicated by writing an empty string
66 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
67 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
68 to be combined later on.
69
70 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
71 effect; they are equivalent to no name at all.
72
73 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
74 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
75 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
76 to having a nameless pattern for all other purposes.
77
78 @item
79 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
80 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
81 incomplete because it may contain @code{match_operand},
82 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
83 operands of the instruction.
84
85 If the vector has only one element, that element is the template for the
86 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
87 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
88 elements described.
89
90 @item
91 @cindex pattern conditions
92 @cindex conditions, in patterns
93 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
94 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
95
96 @cindex named patterns and conditions
97 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
98 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
99 flags.  The compiler needs to test these conditions during
100 initialization in order to learn exactly which named instructions are
101 available in a particular run.
102
103 @findex operands
104 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
105 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
106 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
107 @code{operands}.
108
109 @item
110 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
111 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
112 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
113
114 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
115 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
116
117 @item
118 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
119 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
120 @end enumerate
121
122 @node Example
123 @section Example of @code{define_insn}
124 @cindex @code{define_insn} example
125
126 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
127
128 @example
129 (define_insn "tstsi"
130   [(set (cc0)
131         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
132   ""
133   "*
134 @{ if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
135     return \"tstl %0\";
136   return \"cmpl #0,%0\"; @}")
137 @end example
138
139 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
140 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
141 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
142 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
143 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
144 can be constructed using this pattern.
145
146 The output control string is a piece of C code which chooses which
147 output template to return based on the kind of operand and the specific
148 type of CPU for which code is being generated.
149
150 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
151
152 @node RTL Template
153 @section RTL Template
154 @cindex RTL insn template
155 @cindex generating insns
156 @cindex insns, generating
157 @cindex recognizing insns
158 @cindex insns, recognizing
159
160 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
161 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
162 says how to construct an insn from specified operands.
163
164 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
165 template.  Matching involves determining the values that serve as the
166 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
167 controlled by special expression types that direct matching and
168 substitution of the operands.
169
170 @table @code
171 @findex match_operand
172 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
173 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
174 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
175 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
176 appears at this position in the insn will be taken as operand
177 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
178 pattern will not match at all.
179
180 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
181 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
182 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
183 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
184 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
185 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
186 other operand numbers.
187
188 @var{predicate} is a string that is the name of a C function that accepts two
189 arguments, an expression and a machine mode.  During matching, the
190 function will be called with the putative operand as the expression and
191 @var{m} as the mode argument (if @var{m} is not specified,
192 @code{VOIDmode} will be used, which normally causes @var{predicate} to accept
193 any mode).  If it returns zero, this instruction pattern fails to match.
194 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be done
195 on the operand, so anything which occurs in this position is valid.
196
197 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
198 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
199 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
200 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
201 @code{VOIDmode}.
202
203 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
204 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
205
206 People are often unclear on the difference between the constraint and the
207 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
208 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
209 controls various decisions in the case of an insn which does match.
210
211 @findex general_operand
212 On CISC machines, the most common @var{predicate} is
213 @code{"general_operand"}.  This function checks that the putative
214 operand is either a constant, a register or a memory reference, and that
215 it is valid for mode @var{m}.
216
217 @findex register_operand
218 For an operand that must be a register, @var{predicate} should be
219 @code{"register_operand"}.  Using @code{"general_operand"} would be
220 valid, since the reload pass would copy any non-register operands
221 through registers, but this would make GNU CC do extra work, it would
222 prevent invariant operands (such as constant) from being removed from
223 loops, and it would prevent the register allocator from doing the best
224 possible job.  On RISC machines, it is usually most efficient to allow
225 @var{predicate} to accept only objects that the constraints allow.
226
227 @findex immediate_operand
228 For an operand that must be a constant, you must be sure to either use
229 @code{"immediate_operand"} for @var{predicate}, or make the instruction
230 pattern's extra condition require a constant, or both.  You cannot
231 expect the constraints to do this work!  If the constraints allow only
232 constants, but the predicate allows something else, the compiler will
233 crash when that case arises.
234
235 @findex match_scratch
236 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
237 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
238 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
239 expression.
240
241 When matching patterns, this is equivalent to
242
243 @smallexample
244 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
245 @end smallexample
246
247 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
248 expression.
249
250 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
251 expressions whose operands are either a hard register or
252 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
253 necessary.  @xref{Side Effects}.
254
255 @findex match_dup
256 @item (match_dup @var{n})
257 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
258 It is used when the operand needs to appear more than once in the
259 insn.
260
261 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
262 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
263 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
264 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
265 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
266 identical-looking expression.
267
268 @findex match_operator
269 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
270 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
271 code.
272
273 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
274 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
275 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
276
277 When matching an expression, it matches an expression if the function
278 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
279 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
280
281 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
282 follows, to match any expression whose operator is one of the
283 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
284
285 @smallexample
286 int
287 commutative_operator (x, mode)
288      rtx x;
289      enum machine_mode mode;
290 @{
291   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
292   if (GET_MODE (x) != mode)
293     return 0;
294   return (GET_RTX_CLASS (code) == 'c'
295           || code == EQ || code == NE);
296 @}
297 @end smallexample
298
299 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
300 of a commutative operator applied to two general operands:
301
302 @smallexample
303 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
304   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
305    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
306 @end smallexample
307
308 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
309 because the expressions to be matched all contain two operands.
310
311 When this pattern does match, the two operands of the commutative
312 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
313 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
314 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
315 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
316
317 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
318 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
319 predicate function, and that function is solely responsible for
320 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
321
322 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
323 the operation (i.e. the expression code) for the expression to be
324 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
325 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
326 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
327 only its expression code matters.
328
329 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
330 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
331 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
332 register allocation because the register allocator often looks at
333 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
334
335 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
336 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
337 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
338 However, if parts of its @var{operands} are matched by
339 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
340 their own.
341
342 @findex match_op_dup
343 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
344 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
345 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
346 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
347 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
348 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
349 recognition template, and it matches only an identical-looking
350 expression.
351
352 @findex match_parallel
353 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
354 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
355 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
356 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
357
358 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
359 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
360 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
361 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
362 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
363 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
364 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
365 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
366 those listed in the @code{match_parallel}.@refill
367
368 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
369 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
370 in a @code{parallel}.  For example,
371 @c the following is *still* going over.  need to change the code.
372 @c also need to work on grouping of this example.  --mew 1feb93
373
374 @smallexample
375 (define_insn ""
376   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
377      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
378            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
379       (use (reg:SI 179))
380       (clobber (reg:SI 179))])]
381   ""
382   "loadm 0,0,%1,%2")
383 @end smallexample
384
385 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
386 @code{load_multiple_operations} is defined in @file{a29k.c} and checks
387 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
388 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
389 registers and memory locations.
390
391 An insn that matches this pattern might look like:
392
393 @smallexample
394 (parallel
395  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
396   (use (reg:SI 179))
397   (clobber (reg:SI 179))
398   (set (reg:SI 21)
399        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
400                         (const_int 4))))
401   (set (reg:SI 22)
402        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
403                         (const_int 8))))])
404 @end smallexample
405
406 @findex match_par_dup
407 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
408 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
409 @code{match_operator}.
410
411 @findex match_insn
412 @item (match_insn @var{predicate})
413 Match a complete insn.  Unlike the other @code{match_*} recognizers,
414 @code{match_insn} does not take an operand number.
415
416 The machine mode @var{m} of @code{match_insn} works like that of
417 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
418 predicate function, and that function is solely responsible for
419 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
420
421 @findex match_insn2
422 @item (match_insn2 @var{n} @var{predicate})
423 Match a complete insn.
424
425 The machine mode @var{m} of @code{match_insn2} works like that of
426 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
427 predicate function, and that function is solely responsible for
428 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
429
430 @end table
431
432 @node Output Template
433 @section Output Templates and Operand Substitution
434 @cindex output templates
435 @cindex operand substitution
436
437 @cindex @samp{%} in template
438 @cindex percent sign
439 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
440 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
441 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
442 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
443 identify places where different variants of the assembler require
444 different syntax.
445
446 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
447 operand @var{n} at that point in the string.
448
449 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
450 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
451 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
452 additional letters with nonstandard meanings.
453
454 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
455 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
456 operand.
457
458 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
459 the constant is negated before printing.
460
461 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
462 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
463 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
464 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
465 as if it were a memory reference.
466
467 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
468 instruction.
469
470 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
471 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
472 referred to more than once in a single template that generates multiple
473 assembler instructions.
474
475 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
476 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
477 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
478 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
479 which punctuation characters are valid with the
480 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
481
482 @cindex \
483 @cindex backslash
484 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
485 for the instructions, with @samp{\;} between them.
486
487 @cindex matching operands
488 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
489 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
490 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
491 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
492 operand.
493
494 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
495 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
496 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
497 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
498 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
499 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
500 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
501 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
502 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
503 it to do nothing.
504
505 @cindex @code{#} in template
506 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
507 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
508 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
509 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
510 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
511 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
512 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
513 instructions.
514
515 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
516 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
517 describe multiple variants of assembler language syntax.
518 @xref{Instruction Output}.
519
520 @node Output Statement
521 @section C Statements for Assembler Output
522 @cindex output statements
523 @cindex C statements for assembler output
524 @cindex generating assembler output
525
526 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
527 assembler code for all the cases that are recognized by a single
528 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
529 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
530 machine instructions.
531
532 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
533 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
534 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
535 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
536 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
537 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
538 might write this pattern:
539
540 @smallexample
541 (define_insn "addsi3"
542   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
543         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
544                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
545   ""
546   "@@
547    addr %2,%0
548    addm %2,%0")
549 @end smallexample
550
551 @cindex @code{*} in template
552 @cindex asterisk in template
553 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
554 output template but rather a piece of C program that should compute a
555 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
556 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
557 require doublequote characters to delimit them.  To include these
558 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
559
560 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
561 is @code{rtx []}.
562
563 It is very common to select different ways of generating assembler code
564 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
565 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
566 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
567 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
568 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
569 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
570 values of those bits.
571
572 @findex output_asm_insn
573 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
574 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
575 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
576 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
577 that you declare locally and initialize yourself.
578
579 @findex which_alternative
580 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
581 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
582 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
583 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
584 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
585 etc.).
586
587 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
588 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
589 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
590
591 @smallexample
592 (define_insn ""
593   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
594         (const_int 0))]
595   ""
596   "*
597   return (which_alternative == 0
598           ? \"clrreg %0\" : \"clrmem %0\");
599   ")
600 @end smallexample
601
602 The example above, where the assembler code to generate was
603 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
604 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
605
606 @smallexample
607 @group
608 (define_insn ""
609   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
610         (const_int 0))]
611   ""
612   "@@
613    clrreg %0
614    clrmem %0")
615 @end group
616 @end smallexample
617 @end ifset
618
619 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
620 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the full
621 @c manual's context are conditionalized to appear only in the full manual.
622 @ifset INTERNALS
623 @node Constraints
624 @section Operand Constraints
625 @cindex operand constraints
626 @cindex constraints
627
628 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify a
629 constraint for the type of operands allowed.
630 @end ifset
631 @ifclear INTERNALS
632 @node Constraints
633 @section Constraints for @code{asm} Operands
634 @cindex operand constraints, @code{asm}
635 @cindex constraints, @code{asm}
636 @cindex @code{asm} constraints
637
638 Here are specific details on what constraint letters you can use with
639 @code{asm} operands.
640 @end ifclear
641 Constraints can say whether
642 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
643 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
644 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
645 have.  Constraints can also require two operands to match.
646
647 @ifset INTERNALS
648 @menu
649 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
650 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
651 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
652 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
653 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
654 @end menu
655 @end ifset
656
657 @ifclear INTERNALS
658 @menu
659 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
660 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
661 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
662 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
663 @end menu
664 @end ifclear
665
666 @node Simple Constraints
667 @subsection Simple Constraints
668 @cindex simple constraints
669
670 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
671 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
672 the letters that are allowed:
673
674 @table @asis
675 @item whitespace
676 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
677 except the first.  This enables each alternative for different operands to
678 be visually aligned in the machine description even if they have different
679 number of constraints and modifiers.
680
681 @cindex @samp{m} in constraint
682 @cindex memory references in constraints
683 @item @samp{m}
684 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
685 supports in general.
686
687 @cindex offsettable address
688 @cindex @samp{o} in constraint
689 @item @samp{o}
690 A memory operand is allowed, but only if the address is
691 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
692 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
693 may be added to the address and the result is also a valid memory
694 address.
695
696 @cindex autoincrement/decrement addressing
697 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
698 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
699 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
700 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
701 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
702 addresses may or may not be offsettable depending on the other
703 addressing modes that the machine supports.
704
705 Note that in an output operand which can be matched by another
706 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
707 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
708 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
709
710 @cindex @samp{V} in constraint
711 @item @samp{V}
712 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
713 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
714
715 @cindex @samp{<} in constraint
716 @item @samp{<}
717 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
718 postdecrement) is allowed.
719
720 @cindex @samp{>} in constraint
721 @item @samp{>}
722 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
723 postincrement) is allowed.
724
725 @cindex @samp{r} in constraint
726 @cindex registers in constraints
727 @item @samp{r}
728 A register operand is allowed provided that it is in a general
729 register.
730
731 @cindex constants in constraints
732 @cindex @samp{i} in constraint
733 @item @samp{i}
734 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
735 This includes symbolic constants whose values will be known only at
736 assembly time.
737
738 @cindex @samp{n} in constraint
739 @item @samp{n}
740 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
741 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
742 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
743 rather than @samp{i}.
744
745 @cindex @samp{I} in constraint
746 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
747 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
748 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
749 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
750 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
751 This is the range permitted as a shift count in the shift
752 instructions.
753
754 @cindex @samp{E} in constraint
755 @item @samp{E}
756 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
757 allowed, but only if the target floating point format is the same as
758 that of the host machine (on which the compiler is running).
759
760 @cindex @samp{F} in constraint
761 @item @samp{F}
762 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
763 allowed.
764
765 @cindex @samp{G} in constraint
766 @cindex @samp{H} in constraint
767 @item @samp{G}, @samp{H}
768 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
769 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
770
771 @cindex @samp{s} in constraint
772 @item @samp{s}
773 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
774 allowed.
775
776 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
777 value not known at compile time, it certainly must allow any known
778 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
779 better code to be generated.
780
781 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
782 use an immediate operand; but if the immediate value is between -128
783 and 127, better code results from loading the value into a register and
784 using the register.  This is because the load into the register can be
785 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
786 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
787 range -128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
788 constraints.
789
790 @cindex @samp{g} in constraint
791 @item @samp{g}
792 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
793 registers that are not general registers.
794
795 @cindex @samp{X} in constraint
796 @item @samp{X}
797 @ifset INTERNALS
798 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
799 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
800 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
801 require a scratch register.
802 @end ifset
803 @ifclear INTERNALS
804 Any operand whatsoever is allowed.
805 @end ifclear
806
807 @cindex @samp{0} in constraint
808 @cindex digits in constraint
809 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
810 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
811 digit is used together with letters within the same alternative, the
812 digit should come last.
813
814 @cindex matching constraint
815 @cindex constraint, matching
816 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
817 that the assembler has only a single operand that fills two roles
818 @ifset INTERNALS
819 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
820 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
821 @end ifset
822 @ifclear INTERNALS
823 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
824 two input operands and an output operand, but on most CISC
825 @end ifclear
826 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
827 input-output operand:
828
829 @smallexample
830 addl #35,r12
831 @end smallexample
832
833 Matching constraints are used in these circumstances.
834 More precisely, the two operands that match must include one input-only
835 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
836 smaller number than the number of the operand that uses it in the
837 constraint.
838
839 @ifset INTERNALS
840 For operands to match in a particular case usually means that they
841 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
842 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
843 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
844 For proper results in such cases, the output template should always
845 use the output-operand's number when printing the operand.
846 @end ifset
847
848 @cindex load address instruction
849 @cindex push address instruction
850 @cindex address constraints
851 @cindex @samp{p} in constraint
852 @item @samp{p}
853 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
854 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
855
856 @findex address_operand
857 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
858 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
859 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
860 reference for which the address would be valid.
861
862 @cindex other register constraints
863 @cindex extensible constraints
864 @item @var{other letters}
865 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
866 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
867 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
868 for data, address and floating point registers.
869
870 @ifset INTERNALS
871 The machine description macro @code{REG_CLASS_FROM_LETTER} has first
872 cut at the otherwise unused letters.  If it evaluates to @code{NO_REGS},
873 then @code{EXTRA_CONSTRAINT} is evaluated.
874
875 A typical use for @code{EXTRA_CONSTRANT} would be to distinguish certain
876 types of memory references that affect other insn operands.
877 @end ifset
878 @end table
879
880 @ifset INTERNALS
881 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
882 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
883 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
884 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
885 done by copying an operand into a register.
886
887 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
888
889 @smallexample
890 (define_insn ""
891   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
892         (plus:SI (match_dup 0)
893                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
894   ""
895   "@dots{}")
896 @end smallexample
897
898 @noindent
899 which has two operands, one of which must appear in two places, and
900
901 @smallexample
902 (define_insn ""
903   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
904         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
905                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
906   ""
907   "@dots{}")
908 @end smallexample
909
910 @noindent
911 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
912 identical.  If we are considering an insn of the form
913
914 @smallexample
915 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
916   (set (reg:SI 3)
917        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
918   @dots{})
919 @end smallexample
920
921 @noindent
922 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
923 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
924 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns.''
925 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
926 is something wrong with it.''  It would direct the reload pass of the
927 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
928 results might look like this:
929
930 @smallexample
931 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
932   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
933   @dots{})
934
935 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
936   (set (reg:SI 3)
937        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
938   @dots{})
939 @end smallexample
940
941 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
942 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
943 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
944 for each possible combination of operand expressions, have at least one
945 alternative which can handle that combination of operands.)  The
946 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
947 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
948 reloading any possible operand so that it will fit.
949
950 @itemize @bullet
951 @item
952 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
953 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
954
955 For example, an operand whose constraints permit everything except
956 registers is safe provided its predicate rejects registers.
957
958 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
959 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
960 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
961 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
962 more selective.
963
964 @item
965 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
966 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
967 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
968 compiler knows how to copy a register into another register of the
969 proper class in order to make an instruction valid.
970
971 @cindex nonoffsettable memory reference
972 @cindex memory reference, nonoffsettable
973 @item
974 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
975 address into a register.  So if the constraint uses the letter
976 @samp{o}, all memory references are taken care of.
977
978 @item
979 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
980 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
981 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
982 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
983
984 @item
985 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
986 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
987 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
988 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
989 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
990 objects allowed by the constraint.
991 @end itemize
992
993 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
994 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
995 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
996 how to copy a register temporarily into memory.
997
998 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
999 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1000 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1001 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1002 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1003 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1004 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1005 @code{sign_extend}.
1006 @end ifset
1007
1008 @node Multi-Alternative
1009 @subsection Multiple Alternative Constraints
1010 @cindex multiple alternative constraints
1011
1012 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1013 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1014 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1015 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1016 another.
1017
1018 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1019 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1020 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1021 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1022 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1023 @ifset INTERNALS
1024 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1025
1026 @smallexample
1027 (define_insn "iorsi3"
1028   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1029         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1030                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1031   @dots{})
1032 @end smallexample
1033
1034 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1035 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1036 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1037 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1038 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1039 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1040 @end ifset
1041
1042 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1043 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1044 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1045 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1046 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1047 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1048 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1049
1050 @table @code
1051 @cindex @samp{?} in constraint
1052 @cindex question mark
1053 @item ?
1054 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1055 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1056 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1057 in it.
1058
1059 @cindex @samp{!} in constraint
1060 @cindex exclamation point
1061 @item !
1062 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1063 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1064 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1065 @end table
1066
1067 @ifset INTERNALS
1068 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1069 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1070 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1071 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1072 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1073 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1074 @end ifset
1075
1076 @ifset INTERNALS
1077 @node Class Preferences
1078 @subsection Register Class Preferences
1079 @cindex class preference constraints
1080 @cindex register class preference constraints
1081
1082 @cindex voting between constraint alternatives
1083 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1084 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1085 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1086 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1087 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1088 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1089 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1090 favor of a general register.  The machine description says which registers
1091 are considered general.
1092
1093 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1094 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1095 @end ifset
1096
1097 @node Modifiers
1098 @subsection Constraint Modifier Characters
1099 @cindex modifiers in constraints
1100 @cindex constraint modifier characters
1101
1102 @c prevent bad page break with this line
1103 Here are constraint modifier characters.
1104
1105 @table @samp
1106 @cindex @samp{=} in constraint
1107 @item =
1108 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1109 value is discarded and replaced by output data.
1110
1111 @cindex @samp{+} in constraint
1112 @item +
1113 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1114
1115 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1116 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1117 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1118 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1119 are assumed to be input only.
1120
1121 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1122 first character of the constraint string.
1123
1124 @cindex @samp{&} in constraint
1125 @cindex earlyclobber operand
1126 @item &
1127 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1128 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1129 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1130 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1131 address.
1132
1133 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1134 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1135 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1136 @samp{movdf} insn of the 68000.
1137
1138 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only 
1139 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1140 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1141 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber. 
1142 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM.
1143
1144 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1145
1146 @cindex @samp{%} in constraint
1147 @item %
1148 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1149 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1150 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1151 constraints.
1152 @ifset INTERNALS
1153 This is often used in patterns for addition instructions
1154 that really have only two operands: the result must go in one of the
1155 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1156 instruction is defined:
1157
1158 @smallexample
1159 (define_insn "addhi3"
1160   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1161      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1162               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1163   @dots{})
1164 @end smallexample
1165 @end ifset
1166
1167 @cindex @samp{#} in constraint
1168 @item #
1169 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1170 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1171 register preferences.
1172
1173 @ifset INTERNALS
1174 @cindex @samp{*} in constraint
1175 @item *
1176 Says that the following character should be ignored when choosing
1177 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1178 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1179
1180 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1181 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1182 copying it into an address register.  While either kind of register is
1183 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1184 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1185 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1186 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1187 register preferences.
1188
1189 @smallexample
1190 (define_insn "extendhisi2"
1191   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1192         (sign_extend:SI
1193          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1194   @dots{})
1195 @end smallexample
1196 @end ifset
1197 @end table
1198
1199 @node Machine Constraints
1200 @subsection Constraints for Particular Machines
1201 @cindex machine specific constraints
1202 @cindex constraints, machine specific
1203
1204 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1205 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1206 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1207 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1208 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1209 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1210 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1211 immediate-constant format.
1212
1213 For each machine architecture, the @file{config/@var{machine}.h} file
1214 defines additional constraints.  These constraints are used by the
1215 compiler itself for instruction generation, as well as for @code{asm}
1216 statements; therefore, some of the constraints are not particularly
1217 interesting for @code{asm}.  The constraints are defined through these
1218 macros:
1219
1220 @table @code
1221 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1222 Register class constraints (usually lower case).
1223
1224 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1225 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1226 word size or smaller precision (usually upper case).
1227
1228 @item CONST_DOUBLE_OK_FOR_LETTER_P
1229 Immediate constant constraints, for all floating point constants and for
1230 constants of greater than word size precision (usually upper case).
1231
1232 @item EXTRA_CONSTRAINT
1233 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1234 is only defined for some machines.
1235 @end table
1236
1237 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1238 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1239 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1240 available on some particular machines.
1241
1242 @table @emph
1243 @item ARM family---@file{arm.h}
1244 @table @code
1245 @item f
1246 Floating-point register
1247
1248 @item F
1249 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1250 or 10.0
1251
1252 @item G
1253 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1254 were negated
1255
1256 @item I
1257 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1258 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1259 multiple of 2
1260
1261 @item J
1262 Integer in the range -4095 to 4095
1263
1264 @item K
1265 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1266
1267 @item L
1268 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1269
1270 @item M
1271 Integer in the range 0 to 32
1272
1273 @item Q
1274 A memory reference where the exact address is in a single register
1275 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1276
1277 @item R
1278 An item in the constant pool
1279
1280 @item S
1281 A symbol in the text segment of the current file
1282 @end table
1283
1284 @item AMD 29000 family---@file{a29k.h}
1285 @table @code
1286 @item l
1287 Local register 0
1288
1289 @item b
1290 Byte Pointer (@samp{BP}) register
1291
1292 @item q
1293 @samp{Q} register
1294
1295 @item h
1296 Special purpose register
1297
1298 @item A
1299 First accumulator register
1300
1301 @item a
1302 Other accumulator register
1303
1304 @item f
1305 Floating point register
1306
1307 @item I
1308 Constant greater than 0, less than 0x100
1309
1310 @item J
1311 Constant greater than 0, less than 0x10000
1312
1313 @item K
1314 Constant whose high 24 bits are on (1)
1315
1316 @item L
1317 16 bit constant whose high 8 bits are on (1)
1318
1319 @item M
1320 32 bit constant whose high 16 bits are on (1)
1321
1322 @item N
1323 32 bit negative constant that fits in 8 bits
1324
1325 @item O
1326 The constant 0x80000000 or, on the 29050, any 32 bit constant
1327 whose low 16 bits are 0.
1328
1329 @item P
1330 16 bit negative constant that fits in 8 bits
1331
1332 @item G
1333 @itemx H
1334 A floating point constant (in @code{asm} statements, use the machine
1335 independent @samp{E} or @samp{F} instead)
1336 @end table
1337
1338 @item AVR family---@file{avr.h}
1339 @table @code
1340 @item l
1341 Registers from r0 to r15
1342
1343 @item a
1344 Registers from r16 to r23
1345
1346 @item d
1347 Registers from r16 to r31
1348
1349 @item w
1350 Register from r24 to r31. This registers can be used in @samp{addw} command
1351
1352 @item e
1353 Pointer register (r26 - r31)
1354
1355 @item b
1356 Base pointer register (r28 - r31)
1357
1358 @item t
1359 Temporary register r0
1360
1361 @item x
1362 Register pair X (r27:r26)
1363
1364 @item y
1365 Register pair Y (r29:r28)
1366
1367 @item z
1368 Register pair Z (r31:r30)
1369
1370 @item I
1371 Constant greater than -1, less than 64
1372
1373 @item J
1374 Constant greater than -64, less than 1
1375
1376 @item K
1377 Constant integer 2
1378
1379 @item L
1380 Constant integer 0
1381
1382 @item M
1383 Constant that fits in 8 bits
1384
1385 @item N
1386 Constant integer -1
1387
1388 @item O
1389 Constant integer 8
1390
1391 @item P
1392 Constant integer 1
1393
1394 @item G
1395 A floating point constant 0.0
1396 @end table
1397
1398 @item IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1399 @table @code
1400 @item b
1401 Address base register
1402
1403 @item f
1404 Floating point register
1405
1406 @item h
1407 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1408
1409 @item q
1410 @samp{MQ} register
1411
1412 @item c
1413 @samp{CTR} register
1414
1415 @item l
1416 @samp{LINK} register
1417
1418 @item x
1419 @samp{CR} register (condition register) number 0
1420
1421 @item y
1422 @samp{CR} register (condition register)
1423
1424 @item z
1425 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1426
1427 @item I
1428 Signed 16 bit constant
1429
1430 @item J
1431 Unsigned 16 bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for 
1432 @code{SImode} constants)
1433
1434 @item K
1435 Unsigned 16 bit constant
1436
1437 @item L
1438 Signed 16 bit constant shifted left 16 bits
1439
1440 @item M
1441 Constant larger than 31
1442
1443 @item N
1444 Exact power of 2
1445
1446 @item O
1447 Zero
1448
1449 @item P
1450 Constant whose negation is a signed 16 bit constant
1451
1452 @item G
1453 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1454 instruction per word
1455
1456 @item Q
1457 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1458 for @code{asm} statements)
1459
1460 @item R
1461 AIX TOC entry
1462
1463 @item S
1464 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1465
1466 @item T
1467 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1468
1469 @item U
1470 System V Release 4 small data area reference
1471 @end table
1472
1473 @item Intel 386---@file{i386.h}
1474 @table @code
1475 @item q
1476 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register
1477
1478 @item A
1479 @samp{a}, or @code{d} register (for 64-bit ints)
1480
1481 @item f
1482 Floating point register
1483
1484 @item t
1485 First (top of stack) floating point register
1486
1487 @item u
1488 Second floating point register
1489
1490 @item a
1491 @samp{a} register
1492
1493 @item b
1494 @samp{b} register
1495
1496 @item c
1497 @samp{c} register
1498
1499 @item d
1500 @samp{d} register
1501
1502 @item D
1503 @samp{di} register
1504
1505 @item S
1506 @samp{si} register
1507
1508 @item I
1509 Constant in range 0 to 31 (for 32 bit shifts)
1510
1511 @item J
1512 Constant in range 0 to 63 (for 64 bit shifts)
1513
1514 @item K
1515 @samp{0xff}
1516
1517 @item L
1518 @samp{0xffff}
1519
1520 @item M
1521 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1522
1523 @item N
1524 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1525
1526 @item G
1527 Standard 80387 floating point constant
1528 @end table
1529
1530 @item Intel 960---@file{i960.h}
1531 @table @code
1532 @item f
1533 Floating point register (@code{fp0} to @code{fp3})
1534
1535 @item l
1536 Local register (@code{r0} to @code{r15})
1537
1538 @item b
1539 Global register (@code{g0} to @code{g15})
1540
1541 @item d
1542 Any local or global register
1543
1544 @item I
1545 Integers from 0 to 31
1546
1547 @item J
1548 0
1549
1550 @item K
1551 Integers from -31 to 0
1552
1553 @item G
1554 Floating point 0
1555
1556 @item H
1557 Floating point 1
1558 @end table
1559
1560 @item MIPS---@file{mips.h}
1561 @table @code
1562 @item d
1563 General-purpose integer register
1564
1565 @item f
1566 Floating-point register (if available)
1567
1568 @item h
1569 @samp{Hi} register
1570
1571 @item l
1572 @samp{Lo} register
1573
1574 @item x
1575 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
1576
1577 @item y
1578 General-purpose integer register
1579
1580 @item z
1581 Floating-point status register
1582
1583 @item I
1584 Signed 16 bit constant (for arithmetic instructions)
1585
1586 @item J
1587 Zero
1588
1589 @item K
1590 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
1591
1592 @item L
1593 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
1594
1595 @item M
1596 32 bit constant which requires two instructions to load (a constant
1597 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
1598
1599 @item N
1600 Negative 16 bit constant
1601
1602 @item O
1603 Exact power of two
1604
1605 @item P
1606 Positive 16 bit constant
1607
1608 @item G
1609 Floating point zero
1610
1611 @item Q
1612 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
1613 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1614
1615 @item R
1616 Memory reference that can be loaded with one instruction
1617 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1618
1619 @item S
1620 Memory reference in external OSF/rose PIC format
1621 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1622 @end table
1623
1624 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
1625 @table @code
1626 @item a
1627 Address register
1628
1629 @item d
1630 Data register
1631
1632 @item f
1633 68881 floating-point register, if available
1634
1635 @item x
1636 Sun FPA (floating-point) register, if available
1637
1638 @item y
1639 First 16 Sun FPA registers, if available
1640
1641 @item I
1642 Integer in the range 1 to 8
1643
1644 @item J
1645 16 bit signed number
1646
1647 @item K
1648 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
1649
1650 @item L
1651 Integer in the range -8 to -1
1652
1653 @item M
1654 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
1655
1656 @item G
1657 Floating point constant that is not a 68881 constant
1658
1659 @item H
1660 Floating point constant that can be used by Sun FPA
1661 @end table
1662
1663 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{m68hc11.h}
1664 @table @code
1665 @item a
1666 Register 'a'
1667
1668 @item b
1669 Register 'b'
1670
1671 @item d
1672 Register 'd'
1673
1674 @item q
1675 An 8-bit register
1676
1677 @item t
1678 Temporary soft register _.tmp
1679
1680 @item u
1681 A soft register _.d1 to _.d31
1682
1683 @item w
1684 Stack pointer register
1685
1686 @item x
1687 Register 'x'
1688
1689 @item y
1690 Register 'y'
1691
1692 @item z
1693 Pseudo register 'z' (replaced by 'x' or 'y' at the end)
1694
1695 @item A
1696 An address register: x, y or z
1697
1698 @item B
1699 An address register: x or y
1700
1701 @item D
1702 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
1703
1704 @item L
1705 Constants in the range -65536 to 65535
1706
1707 @item M
1708 Constants whose 16-bit low part is zero
1709
1710 @item N
1711 Constant integer 1 or -1
1712
1713 @item O
1714 Constant integer 16
1715
1716 @item P
1717 Constants in the range -8 to 2
1718
1719 @end table
1720
1721 @need 1000
1722 @item SPARC---@file{sparc.h}
1723 @table @code
1724 @item f
1725 Floating-point register that can hold 32 or 64 bit values.
1726
1727 @item e
1728 Floating-point register that can hold 64 or 128 bit values.
1729
1730 @item I
1731 Signed 13 bit constant
1732
1733 @item J
1734 Zero
1735
1736 @item K
1737 32 bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
1738 loaded with the @code{sethi} instruction)
1739
1740 @item G
1741 Floating-point zero
1742
1743 @item H
1744 Signed 13 bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
1745
1746 @item Q
1747 Floating-point constant whose integral representation can
1748 be moved into an integer register using a single sethi
1749 instruction
1750
1751 @item R
1752 Floating-point constant whose integral representation can
1753 be moved into an integer register using a single mov
1754 instruction
1755
1756 @item S
1757 Floating-point constant whose integral representation can
1758 be moved into an integer register using a high/lo_sum
1759 instruction sequence
1760
1761 @item T
1762 Memory address aligned to an 8-byte boundary
1763
1764 @item U
1765 Even register
1766
1767 @end table
1768
1769 @item TMS320C3x/C4x---@file{c4x.h}
1770 @table @code
1771 @item a
1772 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
1773
1774 @item b
1775 Stack pointer register (sp)
1776
1777 @item c
1778 Standard (32 bit) precision integer register
1779
1780 @item f
1781 Extended (40 bit) precision register (r0-r11)
1782
1783 @item k
1784 Block count register (bk)
1785
1786 @item q
1787 Extended (40 bit) precision low register (r0-r7)
1788
1789 @item t
1790 Extended (40 bit) precision register (r0-r1)
1791
1792 @item u
1793 Extended (40 bit) precision register (r2-r3)
1794
1795 @item v
1796 Repeat count register (rc)
1797
1798 @item x
1799 Index register (ir0-ir1)
1800
1801 @item y
1802 Status (condition code) register (st)
1803
1804 @item z
1805 Data page register (dp)
1806
1807 @item G
1808 Floating-point zero
1809
1810 @item H
1811 Immediate 16 bit floating-point constant
1812
1813 @item I
1814 Signed 16 bit constant
1815
1816 @item J
1817 Signed 8 bit constant
1818
1819 @item K
1820 Signed 5 bit constant
1821
1822 @item L
1823 Unsigned 16 bit constant
1824
1825 @item M
1826 Unsigned 8 bit constant
1827
1828 @item N
1829 Ones complement of unsigned 16 bit constant
1830
1831 @item O
1832 High 16 bit constant (32 bit constant with 16 LSBs zero)
1833
1834 @item Q
1835 Indirect memory reference with signed 8 bit or index register displacement 
1836
1837 @item R
1838 Indirect memory reference with unsigned 5 bit displacement
1839
1840 @item S
1841 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement 
1842
1843 @item T
1844 Direct memory reference
1845
1846 @item U
1847 Symbolic address
1848
1849 @end table
1850 @end table
1851
1852 @ifset INTERNALS
1853 @node Standard Names
1854 @section Standard Pattern Names For Generation
1855 @cindex standard pattern names
1856 @cindex pattern names
1857 @cindex names, pattern
1858
1859 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
1860 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
1861 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
1862 pattern to accomplish a certain task.
1863
1864 @table @asis
1865 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
1866 @item @samp{mov@var{m}}
1867 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lower case.
1868 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
1869 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
1870
1871 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
1872 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
1873 to store the specified value in the part of the register that corresponds
1874 to mode @var{m}.  The effect on the rest of the register is undefined.
1875
1876 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
1877 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
1878 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
1879 If there are patterns accepting operands in larger modes,
1880 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
1881
1882 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
1883 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
1884 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
1885 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
1886 into a register.
1887
1888 @findex force_reg
1889 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
1890 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
1891 registers other than the operands.  For example, if you support the
1892 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
1893 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
1894 function which might generate new pseudo registers.
1895
1896 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
1897 fetching those modes from memory normally requires several insns and
1898 some temporary registers.  Look in @file{spur.md} to see how the
1899 requirement can be satisfied.
1900
1901 @findex change_address
1902 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
1903 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
1904 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
1905 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
1906 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
1907 an address into a valid address and no routine (such as
1908 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
1909 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
1910
1911 @findex reload_in_progress
1912 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
1913 declared if required) can be used to determine whether such special
1914 handling is required.
1915
1916 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
1917 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
1918 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
1919 machines explicit memory references will get optional reloads.
1920
1921 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
1922 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
1923
1924 If there are cases needing
1925 scratch registers after reload, you must define
1926 @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and perhaps also
1927 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
1928 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
1929 them.  @xref{Register Classes}.
1930
1931 @findex no_new_pseudos
1932 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
1933 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
1934 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
1935
1936 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
1937 register to any other hard register provided that
1938 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
1939 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
1940
1941 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
1942 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
1943 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
1944 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
1945 point members.
1946
1947 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
1948 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
1949 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
1950 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
1951 floating point registers, then the constraints of the fixed point
1952 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
1953 reload into a floating point register.
1954
1955 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
1956 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
1957 @item @samp{reload_in@var{m}}
1958 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
1959 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
1960 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
1961 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
1962 macro in @pxref{Register Classes}.
1963
1964 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
1965 @item @samp{movstrict@var{m}}
1966 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
1967 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
1968 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
1969 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
1970
1971 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
1972 @item @samp{load_multiple}
1973 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
1974 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
1975 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
1976 number of consecutive registers.
1977
1978 Define this only if the target machine really has such an instruction;
1979 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
1980 registers from memory is to do them one at a time.
1981
1982 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
1983 registers can be stored into memory, such as particular starting or
1984 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
1985 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
1986 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
1987
1988 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
1989 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
1990 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
1991 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
1992 @file{a29k.md} and @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn
1993 pattern.
1994
1995 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
1996 @item @samp{store_multiple}
1997 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
1998 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
1999 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
2000 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
2001
2002 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
2003 @item @samp{add@var{m}3}
2004 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
2005 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
2006 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
2007
2008 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
2009 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
2010 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
2011 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
2012 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
2013 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
2014 @cindex @code{smin@var{m}3} instruction pattern
2015 @cindex @code{smax@var{m}3} instruction pattern
2016 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
2017 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
2018 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
2019 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
2020 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
2021 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
2022 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}, @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
2023 @itemx @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}, @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
2024 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
2025 Similar, for other arithmetic operations.
2026
2027 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
2028 @item @samp{mulhisi3}
2029 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
2030 a @code{SImode} product in operand 0.
2031
2032 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
2033 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
2034 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
2035 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
2036
2037 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
2038 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
2039 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
2040 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
2041 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
2042 multiplication.
2043
2044 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2045 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
2046 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
2047 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
2048 The least significant half of the product is discarded.
2049
2050 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2051 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
2052 Similar, but the multiplication is unsigned.
2053
2054 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
2055 @item @samp{divmod@var{m}4}
2056 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
2057 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
2058 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
2059
2060 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
2061 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
2062 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
2063 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
2064 and remainder are computed.
2065
2066 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
2067 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
2068 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
2069 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
2070 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
2071
2072 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
2073 @item @samp{udivmod@var{m}4}
2074 Similar, but does unsigned division.
2075
2076 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
2077 @item @samp{ashl@var{m}3}
2078 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
2079 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
2080 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
2081 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
2082 mode before generating the instruction.
2083
2084 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
2085 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
2086 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
2087 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
2088 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
2089 Other shift and rotate instructions, analogous to the
2090 @code{ashl@var{m}3} instructions.
2091
2092 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
2093 @item @samp{neg@var{m}2}
2094 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
2095
2096 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
2097 @item @samp{abs@var{m}2}
2098 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
2099
2100 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
2101 @item @samp{sqrt@var{m}2}
2102 Store the square root of operand 1 into operand 0.
2103
2104 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
2105 corresponds to the C data type @code{double}.
2106
2107 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
2108 @item @samp{ffs@var{m}2}
2109 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
2110 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
2111 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
2112 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
2113 generating the instruction.
2114
2115 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
2116 corresponds to the C data type @code{int}.
2117
2118 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
2119 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
2120 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
2121
2122 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
2123 @item @samp{cmp@var{m}}
2124 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
2125 The RTL pattern should look like this:
2126
2127 @smallexample
2128 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2129                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
2130 @end smallexample
2131
2132 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
2133 @item @samp{tst@var{m}}
2134 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
2135 The RTL pattern should look like this:
2136
2137 @smallexample
2138 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
2139 @end smallexample
2140
2141 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
2142 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
2143 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
2144 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
2145
2146 @cindex @code{movstr@var{m}} instruction pattern
2147 @item @samp{movstr@var{m}}
2148 Block move instruction.  The addresses of the destination and source
2149 strings are the first two operands, and both are in mode @code{Pmode}.
2150
2151 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
2152 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
2153 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
2154 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
2155 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
2156 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
2157 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
2158
2159 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
2160 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
2161 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
2162 it may provide the value 4 for this operand.
2163
2164 Descriptions of multiple @code{movstr@var{m}} patterns can only be
2165 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
2166 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
2167 in @code{movstr@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
2168 individually moved data units in the block.
2169
2170 These patterns need not give special consideration to the possibility
2171 that the source and destination strings might overlap.
2172
2173 @cindex @code{clrstr@var{m}} instruction pattern
2174 @item @samp{clrstr@var{m}}
2175 Block clear instruction.  The addresses of the destination string is the
2176 first operand, in mode @code{Pmode}.  The number of bytes to clear is
2177 the second operand, in mode @var{m}.  See @samp{movstr@var{m}} for
2178 a discussion of the choice of mode.
2179
2180 The third operand is the known alignment of the destination, in the form
2181 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
2182 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
2183 operand.
2184
2185 The use for multiple @code{clrstr@var{m}} is as for @code{movstr@var{m}}.
2186
2187 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
2188 @item @samp{cmpstr@var{m}}
2189 Block compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
2190 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
2191 of @samp{movstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
2192 byte by byte in lexicographic order.  The effect of the instruction is
2193 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
2194 comparison.
2195
2196 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
2197 @item @samp{strlen@var{m}}
2198 Compute the length of a string, with three operands.
2199 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
2200 a @code{mem} referring to the first character of the string,
2201 operand 2 is the character to search for (normally zero),
2202 and operand 3 is a constant describing the known alignment
2203 of the beginning of the string.
2204
2205 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
2206 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
2207 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
2208 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2209 @var{n}).
2210
2211 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
2212 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
2213 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
2214 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2215 @var{n}).
2216
2217 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
2218 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
2219 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2220 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
2221 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
2222 the value of operand 1 is an integer.
2223
2224 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
2225 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
2226 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2227 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
2228 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
2229 value of operand 1 is an integer.
2230
2231 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
2232 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
2233 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
2234 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
2235 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
2236
2237 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2238 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
2239 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
2240 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2241
2242 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2243 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
2244 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
2245 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2246
2247 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
2248 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
2249 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2250 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2251 point or both floating point.
2252
2253 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
2254 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
2255 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2256 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2257 point or both floating point.
2258
2259 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
2260 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
2261 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2262 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2263 point.
2264
2265 @cindex @code{extv} instruction pattern
2266 @item @samp{extv}
2267 Extract a bit field from operand 1 (a register or memory operand), where
2268 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
2269 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
2270 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
2271 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
2272 be valid for @code{word_mode}.
2273
2274 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2275 for operands 2 and 3.
2276
2277 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
2278 before it is stored in operand 0.
2279
2280 @cindex @code{extzv} instruction pattern
2281 @item @samp{extzv}
2282 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
2283
2284 @cindex @code{insv} instruction pattern
2285 @item @samp{insv}
2286 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a bit
2287 field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
2288 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
2289 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
2290 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
2291
2292 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2293 for operands 1 and 2.
2294
2295 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
2296 @item @samp{mov@var{mode}cc}
2297 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
2298 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
2299 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
2300
2301 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
2302 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
2303 conditionally move an integer value based on the floating point condition
2304 codes and vice versa.
2305
2306 If the machine does not have conditional move instructions, do not
2307 define these patterns.
2308
2309 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
2310 @item @samp{s@var{cond}}
2311 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
2312 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
2313 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
2314 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
2315
2316 You specify the mode that the operand must have when you write the
2317 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
2318 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
2319
2320 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
2321 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
2322 you should omit it from the machine description.  You describe to the
2323 compiler exactly which value is stored by defining the macro
2324 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
2325 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
2326 should omit those operations from the machine description.
2327
2328 These operations may fail, but should do so only in relatively
2329 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
2330 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
2331
2332 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
2333 that copies the constant one to the target and branches around an
2334 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
2335 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
2336 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
2337 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
2338 the machine description.
2339
2340 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
2341 @item @samp{b@var{cond}}
2342 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
2343 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
2344 condition @var{cond}.
2345
2346 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
2347 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
2348 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
2349 simply store the operands away and generate all the required insns in a
2350 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
2351 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
2352 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
2353 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
2354
2355 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
2356 where the mode used for the comparison depends on the condition being
2357 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
2358
2359 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
2360 @samp{s@var{cond}} patterns.
2361
2362 @cindex @code{jump} instruction pattern
2363 @item @samp{jump}
2364 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
2365 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
2366 on all machines.
2367
2368 @cindex @code{call} instruction pattern
2369 @item @samp{call}
2370 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
2371 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
2372 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
2373 operands.
2374
2375 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
2376 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
2377 to put this information into the assembler code; they can put it in
2378 the RTL instead of operand 1.
2379
2380 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
2381 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
2382 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
2383 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
2384 instruction, the pattern for this operation should be a
2385 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
2386 address into a register and uses that register in the call instruction.
2387
2388 @cindex @code{call_value} instruction pattern
2389 @item @samp{call_value}
2390 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
2391 register in which the value is returned.  There are three more
2392 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
2393 instruction (but with numbers increased by one).
2394
2395 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
2396 insn.
2397
2398 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
2399 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
2400 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
2401 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
2402 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is non-zero.  They should emit a @code{parallel}
2403 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
2404 adjustment made to the frame pointer.
2405
2406 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be non-zero, the use of these
2407 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
2408 can be eliminated, if desired.
2409
2410 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
2411 @item @samp{untyped_call}
2412 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
2413 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
2414 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
2415 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2416 the saving of a function return value into the result block.
2417
2418 This instruction pattern should be defined to support
2419 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
2420 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
2421 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
2422 multiple registers that can hold a return value (i.e.
2423 @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
2424
2425 @cindex @code{return} instruction pattern
2426 @item @samp{return}
2427 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
2428 defined only if a single instruction can do all the work of returning
2429 from a function.
2430
2431 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
2432 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
2433 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
2434 some class of functions only requires one instruction to implement a
2435 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
2436 to save any registers or allocate stack space.
2437
2438 @findex reload_completed
2439 @findex leaf_function_p
2440 For such machines, the condition specified in this pattern should only
2441 be true when @code{reload_completed} is non-zero and the function's
2442 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
2443 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
2444 a register window push is required.
2445
2446 Machines that have conditional return instructions should define patterns
2447 such as
2448
2449 @smallexample
2450 (define_insn ""
2451   [(set (pc)
2452         (if_then_else (match_operator
2453                          0 "comparison_operator"
2454                          [(cc0) (const_int 0)])
2455                       (return)
2456                       (pc)))]
2457   "@var{condition}"
2458   "@dots{}")
2459 @end smallexample
2460
2461 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
2462 named @samp{return} pattern.
2463
2464 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
2465 @item @samp{untyped_return}
2466 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
2467 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
2468 instructions are needed to return a value of any type.
2469
2470 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
2471 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
2472 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2473 the restoring of a function return value from the result block.
2474
2475 @cindex @code{nop} instruction pattern
2476 @item @samp{nop}
2477 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
2478 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
2479 RTL pattern.
2480
2481 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
2482 @item @samp{indirect_jump}
2483 An instruction to jump to an address which is operand zero.
2484 This pattern name is mandatory on all machines.
2485
2486 @cindex @code{casesi} instruction pattern
2487 @item @samp{casesi}
2488 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
2489 This instruction takes five operands:
2490
2491 @enumerate
2492 @item
2493 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
2494
2495 @item
2496 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
2497
2498 @item
2499 The total range of indices in the table---the largest index
2500 minus the smallest one (both inclusive).
2501
2502 @item
2503 A label that precedes the table itself.
2504
2505 @item
2506 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
2507 (If the machine-description macro @code{CASE_DROPS_THROUGH} is defined,
2508 then an out-of-bounds index drops through to the code following
2509 the jump table instead of jumping to this label.  In that case,
2510 this label is not actually used by the @samp{casesi} instruction,
2511 but it is always provided as an operand.)
2512 @end enumerate
2513
2514 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
2515 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
2516 difference between the upper bound and the lower bound.
2517
2518 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
2519 @item @samp{tablejump}
2520 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
2521 capability which can be used to implement a dispatch table when there
2522 is no @samp{casesi} pattern.
2523
2524 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
2525 which should immediately precede the jump table.  If the macro
2526 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
2527 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
2528 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
2529 mode @code{Pmode}.
2530
2531 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
2532 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
2533 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
2534 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
2535
2536 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
2537 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
2538 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
2539 into operand 0.
2540
2541 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
2542 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
2543 and also has mode @code{Pmode}.
2544
2545 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
2546 the address of the function which would be called if the function
2547 pointer were used in an indirect call.
2548
2549 Only define this pattern if function pointers on the target machine
2550 can have different values but still call the same function when
2551 used in an indirect call.
2552
2553 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
2554 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
2555 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
2556 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
2557 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
2558 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
2559 @item @samp{save_stack_block}
2560 @itemx @samp{save_stack_function}
2561 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
2562 @itemx @samp{restore_stack_block}
2563 @itemx @samp{restore_stack_function}
2564 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
2565 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
2566 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
2567 such machines.
2568
2569 Some machines require special handling for stack pointer saves and
2570 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
2571 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
2572 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
2573 saves and restores are:
2574
2575 @enumerate
2576 @item
2577 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
2578 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
2579 restores the stack pointer when the block is exited.
2580
2581 @item
2582 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
2583 similar job for the outermost block of a function and are used when the
2584 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
2585 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
2586 restore sequence on some machines.
2587
2588 @item
2589 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
2590 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
2591 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
2592 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
2593 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
2594 and restoring additional data such as register window information or
2595 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
2596 such required data.
2597 @end enumerate
2598
2599 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
2600 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
2601 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
2602 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
2603 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
2604 for a particular type of save (either because no save is needed or
2605 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
2606 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
2607 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
2608 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
2609
2610 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
2611 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
2612 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
2613
2614 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
2615 @item @samp{allocate_stack}
2616 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
2617 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
2618
2619 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
2620 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
2621 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
2622 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
2623 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
2624 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
2625 stack is free.
2626
2627 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
2628 Some machines require other operations such as stack probes or
2629 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
2630 operations in addition to updating the stack pointer.
2631
2632 @cindex @code{probe} instruction pattern
2633 @item @samp{probe}
2634 Some machines require instructions to be executed after space is
2635 allocated from the stack, for example to generate a reference at
2636 the bottom of the stack.
2637
2638 If you need to emit instructions before the stack has been adjusted,
2639 put them into the @samp{allocate_stack} pattern.  Otherwise, define
2640 this pattern to emit the required instructions.
2641
2642 No operands are provided.
2643
2644 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
2645 @item @samp{check_stack}
2646 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
2647 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
2648 to perform the needed check and signaling an error if the stack
2649 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
2650 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
2651 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
2652 limit from a global or thread-specific variable or register.
2653
2654 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
2655 @item @samp{nonlocal_goto}
2656 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
2657 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
2658 each representing a value to be used in the jump.  The first
2659 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
2660 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
2661 the third is the address of a location where the stack is saved,
2662 and the last is the address of the label, to be placed in the
2663 location for the incoming static chain.
2664
2665 On most machines you need not define this pattern, since GNU CC will
2666 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
2667 and static chain, restore the stack (using the
2668 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
2669 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
2670 not work on your machine.
2671
2672 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
2673 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
2674 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
2675 nonlocal goto after the code already generated by GNU CC.  You will not
2676 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
2677 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
2678 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
2679 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
2680 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
2681 There are no arguments.
2682
2683 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
2684 @item @samp{exception_receiver}
2685 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
2686 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
2687 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
2688 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
2689 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
2690 an exception.  There are no arguments.
2691
2692 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
2693 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
2694 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
2695 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
2696 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
2697 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
2698 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
2699 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
2700 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
2701 the first three are normally used by the generic mechanism.
2702
2703 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
2704 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
2705 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
2706 builtin setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
2707 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
2708 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
2709 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
2710 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
2711 at a small offset from that label.
2712
2713 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
2714 @item @samp{builtin_longjmp}
2715 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
2716 You will not normally need to define this pattern unless you also define
2717 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
2718 @code{jmp_buf}.
2719
2720 @cindex @code{eh_epilogue} instruction pattern
2721 @item @samp{eh_epilogue}
2722 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
2723 and thence @code{__throw} are built.  It is intended to allow communication
2724 between the exception handling machinery and the normal epilogue code
2725 for the target.
2726
2727 The pattern takes three arguments.  The first is the exception context
2728 pointer.  This will have already been copied to the function return
2729 register appropriate for a pointer; normally this can be ignored.  The
2730 second argument is an offset to be added to the stack pointer.  It will 
2731 have been copied to some arbitrary call-clobbered hard reg so that it
2732 will survive until after reload to when the normal epilogue is generated. 
2733 The final argument is the address of the exception handler to which
2734 the function should return.  This will normally need to copied by the
2735 pattern to some special register.
2736
2737 This pattern must be defined if @code{RETURN_ADDR_RTX} does not yield
2738 something that can be reliably and permanently modified, i.e. a fixed
2739 hard register or a stack memory reference.
2740
2741 @cindex @code{prologue} instruction pattern
2742 @item @samp{prologue}
2743 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
2744 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
2745 pointer register, saving callee saved registers, etc.
2746
2747 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
2748 @code{FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
2749
2750 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
2751 instruction scheduling.
2752
2753 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
2754 @item @samp{epilogue}
2755 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function.  The function
2756 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
2757 registers and emitting the return instruction.
2758
2759 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
2760 @code{FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the prologue.
2761
2762 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
2763 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
2764
2765 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
2766 @item @samp{sibcall_epilogue}
2767 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
2768 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
2769 sibling call (aka tail call) sites.
2770
2771 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
2772 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
2773 function.  
2774
2775 @cindex @code{trap} instruction pattern
2776 @item @samp{trap}
2777 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
2778 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
2779 frontend to signal `invalid array index' exceptions.
2780
2781 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
2782 @item @samp{conditional_trap}
2783 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
2784 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
2785
2786 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
2787
2788 @smallexample
2789 (define_insn "conditional_trap"
2790   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator" 
2791              [(cc0) (const_int 0)])
2792             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
2793   ""
2794   "@dots{}")
2795 @end smallexample
2796
2797 @end table
2798
2799 @node Pattern Ordering
2800 @section When the Order of Patterns Matters
2801 @cindex Pattern Ordering
2802 @cindex Ordering of Patterns
2803
2804 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
2805 pattern that appears first in the machine description is the one used.
2806 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
2807 and faster instructions (those that will produce better code when they
2808 do match) should usually go first in the description.
2809
2810 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
2811 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
2812 instruction for converting a fullword to floating point and another
2813 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
2814 an integer to floating point could match either one.  We put the
2815 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
2816 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
2817 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
2818 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
2819 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
2820 constant value.
2821
2822 @node Dependent Patterns
2823 @section Interdependence of Patterns
2824 @cindex Dependent Patterns
2825 @cindex Interdependence of Patterns
2826
2827 Every machine description must have a named pattern for each of the
2828 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
2829 must always have the form
2830
2831 @example
2832 (set (pc)
2833      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
2834                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
2835                    (pc)))
2836 @end example
2837
2838 @noindent
2839 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
2840 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
2841 look like
2842
2843 @example
2844 (set (pc)
2845      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
2846                    (pc)
2847                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
2848 @end example
2849
2850 @noindent
2851 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
2852 branches into reverse-conditional branches.
2853
2854 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
2855 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
2856 example,
2857
2858 @example
2859 (define_insn ""
2860   [(set (pc)
2861         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
2862                                       [(cc0) (const_int 0)])
2863                       (pc)
2864                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
2865   "@var{condition}"
2866   "@dots{}")
2867 @end example
2868
2869 In some cases machines support instructions identical except for the
2870 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
2871 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
2872 patterns are
2873
2874 @example
2875 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
2876      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
2877
2878 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
2879      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
2880 @end example
2881
2882 @noindent
2883 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
2884 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
2885 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
2886 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
2887 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
2888 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
2889
2890 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
2891 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
2892 compilations.
2893
2894 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
2895 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
2896 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
2897 you should not provide separate patterns for increment and decrement
2898 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
2899 that supports register-register add insns by examining the operands and
2900 generating the appropriate machine instruction.
2901
2902 @node Jump Patterns
2903 @section Defining Jump Instruction Patterns
2904 @cindex jump instruction patterns
2905 @cindex defining jump instruction patterns
2906
2907 For most machines, GNU CC assumes that the machine has a condition code.
2908 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
2909 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
2910 insn tests the condition code and branches or not according its value.
2911 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
2912 common machines, such as the Vax, the 68000 and the 32000, work this
2913 way.
2914
2915 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
2916 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
2917 these machines is to treat them just like the others until the final stage
2918 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
2919 compare instruction, peek ahead at the following branch using
2920 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
2921 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
2922 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
2923 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
2924 can treat signed and unsigned branches identically.
2925
2926 The reason you can do this is that GNU CC always generates a pair of
2927 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
2928 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
2929 until the end.
2930
2931 To go with this technique, you must define the machine-description macro
2932 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
2933 compare instruction is superfluous.
2934
2935 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
2936 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
2937 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
2938 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
2939 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
2940
2941 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
2942 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
2943 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
2944 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
2945 above in addition to any special patterns you define.
2946
2947 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
2948 code and there may not even be a separate condition code register.  On
2949 these machines, the restriction that the definition and use of the
2950 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
2951 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
2952 delay for taken branches unless the condition code register is set three
2953 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
2954 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
2955 separate the definition and use of the condition code register.
2956
2957 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
2958 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
2959 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
2960 comparison result can be placed in any general register, or if there are
2961 multiple condition registers, use a pseudo register.
2962
2963 @findex prev_cc0_setter
2964 @findex next_cc0_user
2965 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
2966 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
2967 Sparc, setting the condition code directly from an add or subtract
2968 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
2969 instruction does, so a different branch instruction must be used for
2970 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
2971 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
2972 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
2973 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
2974 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
2975 and @code{next_cc0_user}.
2976
2977 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
2978 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
2979 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
2980 we use the machine mode of the condition code register to record
2981 different formats of the condition code register.
2982
2983 Registers used to store the condition code value should have a mode that
2984 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
2985 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
2986 the Sparc), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
2987 additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
2988 @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
2989
2990 If it is known during RTL generation that a different mode will be
2991 required (for example, if the machine has separate compare instructions
2992 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
2993 be specified at that time.
2994
2995 If the cases that require different modes would be made by instruction
2996 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
2997 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
2998 written using that mode.  To support the case of the add on the Sparc
2999 discussed above, we have the pattern
3000
3001 @smallexample
3002 (define_insn ""
3003   [(set (reg:CC_NOOV 0)
3004         (compare:CC_NOOV
3005           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
3006                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
3007           (const_int 0)))]
3008   ""
3009   "@dots{}")
3010 @end smallexample
3011
3012 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the Sparc returns @code{CC_NOOVmode}
3013 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
3014
3015 @node Insn Canonicalizations
3016 @section Canonicalization of Instructions
3017 @cindex canonicalization of instructions
3018 @cindex insn canonicalization
3019
3020 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
3021 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
3022 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
3023 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
3024 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
3025 number of insn patterns required.
3026
3027 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
3028 are performed:
3029
3030 @itemize @bullet
3031 @item
3032 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
3033 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
3034 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
3035 be supplied.
3036
3037 @cindex @code{neg}, canonicalization of
3038 @cindex @code{not}, canonicalization of
3039 @cindex @code{mult}, canonicalization of
3040 @cindex @code{plus}, canonicalization of
3041 @cindex @code{minus}, canonicalization of
3042 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
3043 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
3044 first operand.
3045
3046 @cindex @code{compare}, canonicalization of
3047 @item
3048 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
3049 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
3050 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
3051 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
3052 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
3053 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
3054 such an instruction.
3055
3056 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
3057 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
3058 above.
3059
3060 @item
3061 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
3062 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
3063
3064 @item
3065 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
3066 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
3067
3068 @cindex @code{ior}, canonicalization of
3069 @cindex @code{and}, canonicalization of
3070 @cindex De Morgan's law
3071 @item
3072 De`Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
3073 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
3074 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
3075
3076 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
3077 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
3078 for that instruction as
3079
3080 @example
3081 (define_insn ""
3082   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3083         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3084                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
3085   "@dots{}"
3086   "@dots{}")
3087 @end example
3088
3089 @noindent
3090 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
3091
3092 @example
3093 (define_insn ""
3094   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3095         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3096                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
3097   "@dots{}"
3098   "@dots{}")
3099 @end example
3100
3101 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
3102 logically equivalent RTL expressions.
3103
3104 @cindex @code{xor}, canonicalization of
3105 @item
3106 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
3107 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
3108 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.@refill
3109
3110 @item
3111 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
3112 the form
3113
3114 @example
3115 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
3116 @end example
3117
3118 @item
3119 On machines that do not use @code{cc0},
3120 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
3121 @var{x}.@refill
3122
3123 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
3124 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
3125 @item
3126 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
3127 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
3128 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
3129
3130 @end itemize
3131
3132 @node Expander Definitions
3133 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
3134 @cindex expander definitions
3135 @cindex code generation RTL sequences
3136 @cindex defining RTL sequences for code generation
3137
3138 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
3139 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
3140 represent them.  For these target machines, you can write a
3141 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL.
3142
3143 @findex define_expand
3144 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
3145 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
3146 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
3147
3148 A @code{define_expand} RTX has four operands:
3149
3150 @itemize @bullet
3151 @item
3152 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
3153 use for it is to refer to it by name.
3154
3155 @item
3156 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
3157 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
3158 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
3159
3160 @item
3161 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
3162 used to express how the availability of this pattern depends on
3163 subclasses of target machine, selected by command-line options when GNU
3164 CC is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
3165 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
3166 depend on the data in the insn being matched, but only the
3167 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
3168 during initialization in order to learn exactly which named instructions
3169 are available in a particular run.
3170
3171 @item
3172 The preparation statements, a string containing zero or more C
3173 statements which are to be executed before RTL code is generated from
3174 the RTL template.
3175
3176 Usually these statements prepare temporary registers for use as
3177 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
3178 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
3179 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
3180 @end itemize
3181
3182 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
3183 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
3184 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
3185 it.
3186
3187 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
3188 also describes the operands that need to be specified when this pattern
3189 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
3190
3191 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
3192 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
3193 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
3194 predicate into the tables that record such things.  GNU CC uses the
3195 information to preload the operand into a register if that is required for
3196 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
3197 references should use @code{match_dup}.
3198
3199 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
3200 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
3201 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
3202 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
3203 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
3204 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
3205 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
3206 compute the values and store them into the appropriate elements of
3207 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
3208
3209 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
3210 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
3211 as a statement.
3212
3213 @table @code
3214
3215 @findex DONE
3216 @item DONE
3217 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
3218 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
3219 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
3220 preparation statements; the RTL template will not be generated.
3221
3222 @findex FAIL
3223 @item FAIL
3224 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
3225 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
3226 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
3227
3228 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
3229 shifting, etc.) and bitfield (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
3230 operations.
3231 @end table
3232
3233 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
3234
3235 @smallexample
3236 @group
3237 (define_expand "ashlsi3"
3238   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3239         (ashift:SI
3240 @end group
3241 @group
3242           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
3243           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
3244   ""
3245   "
3246 @end group
3247 @end smallexample
3248
3249 @smallexample
3250 @group
3251 @{
3252   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
3253       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
3254     FAIL;
3255 @}")
3256 @end group
3257 @end smallexample
3258
3259 @noindent
3260 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
3261 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
3262 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
3263 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
3264 library call).
3265
3266 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
3267 patterns with names, then it would be possible to use a
3268 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
3269 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
3270
3271 @smallexample
3272 (define_expand "zero_extendhisi2"
3273   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
3274         (const_int 0))
3275    (set (strict_low_part
3276           (subreg:HI
3277             (match_dup 0)
3278             0))
3279         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
3280   ""
3281   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
3282 @end smallexample
3283
3284 @noindent
3285 @findex make_safe_from
3286 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
3287 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
3288 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
3289 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
3290 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
3291 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
3292 by emitting another RTL insn.
3293
3294 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
3295 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
3296 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
3297 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
3298 on this machine.  So it must be copied into a register with
3299 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
3300
3301 @smallexample
3302 (define_expand "zero_extendhisi2"
3303   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3304         (and:SI (subreg:SI
3305                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
3306                   0)
3307                 (match_dup 2)))]
3308   ""
3309   "operands[2]
3310      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
3311 @end smallexample
3312
3313 @strong{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
3314 standard binary or unary arithmetic operation or a bitfield operation,
3315 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
3316 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
3317 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
3318 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
3319 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
3320 in the compiler.@refill
3321
3322 @node Insn Splitting
3323 @section Defining How to Split Instructions
3324 @cindex insn splitting
3325 @cindex instruction splitting
3326 @cindex splitting instructions
3327
3328 There are two cases where you should specify how to split a pattern into
3329 multiple insns.  On machines that have instructions requiring delay
3330 slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose output is
3331 not available for multiple cycles (@pxref{Function Units}), the compiler
3332 phases that optimize these cases need to be able to move insns into
3333 one-instruction delay slots.  However, some insns may generate more than one
3334 machine instruction.  These insns cannot be placed into a delay slot.
3335
3336 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
3337 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
3338 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
3339 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
3340 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
3341 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
3342 scheduling.
3343
3344 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
3345 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
3346 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
3347 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
3348 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
3349 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
3350 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
3351 split the addition into two insns is machine-dependent.
3352
3353 @findex define_split
3354 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
3355 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
3356
3357 @smallexample
3358 (define_split
3359   [@var{insn-pattern}]
3360   "@var{condition}"
3361   [@var{new-insn-pattern-1}
3362    @var{new-insn-pattern-2}
3363    @dots{}]
3364   "@var{preparation statements}")
3365 @end smallexample
3366
3367 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
3368 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
3369 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
3370 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
3371 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
3372 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
3373
3374 The @var{preparation statements} are similar to those statements that
3375 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3376 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
3377 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
3378 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
3379 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
3380 must not allocate any space in the stack frame.
3381
3382 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
3383 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
3384 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
3385 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
3386 @code{reload_completed} is non-zero, is known to satisfy the constraints
3387 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
3388 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
3389 @code{reload_completed} is non-zero, must also satisfy the constraints
3390 of those definitions.
3391
3392 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
3393 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
3394 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
3395
3396 @smallexample
3397 (define_split
3398   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
3399         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
3400   ""
3401   [(set (match_dup 0)
3402         (ashift:SI (match_dup 1)
3403                    (const_int 16)))
3404    (set (match_dup 0)
3405         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
3406                      (const_int 16)))]
3407   "
3408 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
3409 @end smallexample
3410
3411 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
3412 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
3413 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
3414 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
3415 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
3416 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
3417 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
3418 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
3419 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
3420 @code{define_split} that will never produce insns that match).
3421
3422 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
3423 @file{rs6000.md}:
3424
3425 @smallexample
3426 (define_split
3427   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
3428         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
3429                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
3430   ""
3431   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
3432    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
3433 "
3434 @{
3435   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
3436   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
3437
3438   if (low & 0x8000)
3439     high++, low |= 0xffff0000;
3440
3441   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
3442   operands[4] = GEN_INT (low);
3443 @}")
3444 @end smallexample
3445
3446 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
3447 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
3448 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
3449 can be substituted into the address of a subsequent operation.
3450
3451 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
3452 an equality comparison of a register and a large constant:
3453
3454 @smallexample
3455 (define_split
3456   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
3457         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
3458                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
3459    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
3460   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
3461    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
3462        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
3463   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
3464    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
3465   "
3466 @{
3467   /* Get the constant we are comparing against, C, and see what it
3468      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
3469      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.  */
3470
3471   int c = INTVAL (operands[2]);
3472   int sextc = (c << 16) >> 16;
3473   int xorv = c ^ sextc;
3474
3475   operands[4] = GEN_INT (xorv);
3476   operands[5] = GEN_INT (sextc);
3477 @}")
3478 @end smallexample
3479
3480 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
3481 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
3482 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
3483 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
3484 are not valid.
3485
3486 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
3487 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
3488 this:
3489
3490 @smallexample
3491 (define_insn_and_split
3492   [@var{insn-pattern}]
3493   "@var{condition}"
3494   "@var{output-template}"
3495   "@var{split-condition}"
3496   [@var{new-insn-pattern-1}
3497    @var{new-insn-pattern-2}
3498    @dots{}]
3499   "@var{preparation statements}"
3500   [@var{insn-attributes}])
3501
3502 @end smallexample
3503
3504 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
3505 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
3506 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
3507 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
3508 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
3509 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
3510 logical "and" of the split condition with the insn condition.  For example,
3511 from i386.md:
3512
3513 @smallexample
3514 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
3515   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
3516      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
3517    (clobber (reg:CC 17))]
3518   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
3519   "#"
3520   "&& reload_completed"
3521   [(parallel [(set (match_dup 0) (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
3522               (clobber (reg:CC 17))])]
3523   ""
3524   [(set_attr "type" "alu1")])
3525
3526 @end smallexample
3527
3528 In this case, the actual split condition will be 
3529 "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed."
3530
3531 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
3532 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
3533 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
3534 having to ensure the two patterns' templates match.
3535
3536 @node Peephole Definitions
3537 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
3538 @cindex peephole optimizer definitions
3539 @cindex defining peephole optimizers
3540
3541 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
3542 definitions of machine-specific peephole optimizations.
3543
3544 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
3545 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
3546 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
3547 though the second one does not appear to use a register computed in the
3548 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
3549 opportunities.
3550
3551 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
3552 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
3553 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
3554 is deprecated.
3555
3556 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
3557 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
3558 but before scheduling, which may result in much better code for 
3559 targets that do scheduling.
3560
3561 @menu
3562 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
3563 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
3564 @end menu
3565
3566 @node define_peephole
3567 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
3568 @findex define_peephole
3569
3570 @need 1000
3571 A definition looks like this:
3572
3573 @smallexample
3574 (define_peephole
3575   [@var{insn-pattern-1}
3576    @var{insn-pattern-2}
3577    @dots{}]
3578   "@var{condition}"
3579   "@var{template}"
3580   "@var{optional insn-attributes}")
3581 @end smallexample
3582
3583 @noindent
3584 The last string operand may be omitted if you are not using any
3585 machine-specific information in this machine description.  If present,
3586 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
3587
3588 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
3589 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
3590 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
3591 the next, and so on.@refill
3592
3593 Each of the insns matched by a peephole must also match a
3594 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
3595 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
3596 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
3597 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
3598 stages.
3599
3600 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
3601 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
3602 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
3603 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
3604 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
3605 other.
3606
3607 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
3608 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
3609 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
3610 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
3611 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
3612
3613 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
3614 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
3615 previously tested.
3616
3617 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
3618 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
3619 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
3620 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
3621 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
3622 patterns.
3623
3624 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
3625 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
3626 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
3627 the operands.
3628
3629 @findex prev_active_insn
3630 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
3631 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
3632 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
3633 to refer to the last of the insns being matched; use
3634 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
3635
3636 @findex dead_or_set_p
3637 When optimizing computations with intermediate results, you can use
3638 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
3639 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
3640 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
3641 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
3642 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
3643 value (from @code{operands[@var{i}]}).@refill
3644
3645 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
3646 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
3647 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
3648 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
3649 used in matching the original sequence of insns.
3650
3651 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
3652 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
3653 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
3654 as the insn pattern to control how the insn is output.
3655
3656 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
3657 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
3658
3659 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
3660
3661 @smallexample
3662 (define_peephole
3663   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
3664    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
3665         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
3666   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
3667   "*
3668 @{
3669   rtx xoperands[2];
3670   xoperands[1] = gen_rtx (REG, SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
3671 #ifdef MOTOROLA
3672   output_asm_insn (\"move.l %1,(sp)\", xoperands);
3673   output_asm_insn (\"move.l %1,-(sp)\", operands);
3674   return \"fmove.d (sp)+,%0\";
3675 #else
3676   output_asm_insn (\"movel %1,sp@@\", xoperands);
3677   output_asm_insn (\"movel %1,sp@@-\", operands);
3678   return \"fmoved sp@@+,%0\";
3679 #endif
3680 @}
3681 ")
3682 @end smallexample
3683
3684 @need 1000
3685 The effect of this optimization is to change
3686
3687 @smallexample
3688 @group
3689 jbsr _foobar
3690 addql #4,sp
3691 movel d1,sp@@-
3692 movel d0,sp@@-
3693 fmoved sp@@+,fp0
3694 @end group
3695 @end smallexample
3696
3697 @noindent
3698 into
3699
3700 @smallexample
3701 @group
3702 jbsr _foobar
3703 movel d1,sp@@
3704 movel d0,sp@@-
3705 fmoved sp@@+,fp0
3706 @end group
3707 @end smallexample
3708
3709 @ignore
3710 @findex CC_REVERSED
3711 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
3712 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
3713 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
3714 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
3715 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
3716 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
3717 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
3718 and in this C code check the condition code status flags and change the
3719 assembler code as appropriate.
3720 @end ignore
3721
3722 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
3723 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
3724 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
3725 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
3726 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
3727 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
3728 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
3729 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
3730 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
3731
3732 @smallexample
3733 (define_insn "divmodsi4"
3734   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
3735         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
3736                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
3737    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
3738         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
3739   "TARGET_68020"
3740   "divsl%.l %2,%3:%0")
3741 @end smallexample
3742
3743 @noindent
3744 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
3745
3746 @smallexample
3747 (define_peephole
3748   [@dots{}
3749    (parallel
3750     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
3751           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
3752                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
3753      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
3754           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
3755    @dots{}]
3756   @dots{})
3757 @end smallexample
3758
3759 @node define_peephole2
3760 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
3761 @findex define_peephole2
3762
3763 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
3764 substitute one sequence of instructions for another sequence, 
3765 what additional scratch registers may be needed and what their
3766 lifetimes must be.
3767
3768 @smallexample
3769 (define_peephole2
3770   [@var{insn-pattern-1}
3771    @var{insn-pattern-2}
3772    @dots{}]
3773   "@var{condition}"
3774   [@var{new-insn-pattern-1}
3775    @var{new-insn-pattern-2}
3776    @dots{}]
3777   "@var{preparation statements}")
3778 @end smallexample
3779
3780 The definition is almost identical to @code{define_split}
3781 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
3782 single instruction, but a sequence of instructions.
3783
3784 It is possible to request additional scratch registers for use in the
3785 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
3786 will simply not match.
3787
3788 @findex match_scratch
3789 @findex match_dup
3790 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
3791 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
3792 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
3793 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
3794 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
3795 at which the register must be available.
3796
3797 Here is an example from the IA-32 machine description:
3798
3799 @smallexample
3800 (define_peephole2
3801   [(match_scratch:SI 2 "r")
3802    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3803                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
3804                      [(match_dup 0)
3805                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
3806               (clobber (reg:CC 17))])]
3807   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
3808   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
3809    (parallel [(set (match_dup 0)
3810                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
3811               (clobber (reg:CC 17))])]
3812   "")
3813 @end smallexample
3814
3815 @noindent
3816 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
3817 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
3818 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
3819 to be live only at the point just before the arithmetic.
3820
3821 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
3822 so here's a silly made-up example:
3823
3824 @smallexample
3825 (define_peephole2
3826   [(match_scratch:SI 4 "r")
3827    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
3828    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
3829    (match_dup 4)
3830    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
3831   "@var{determine 1 does not overlap 0 and 2}"
3832   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
3833    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
3834    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
3835    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
3836   "")
3837 @end smallexample
3838
3839 @noindent
3840 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
3841 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
3842 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
3843
3844 @node Insn Attributes
3845 @section Instruction Attributes
3846 @cindex insn attributes
3847 @cindex instruction attributes
3848
3849 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
3850 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
3851 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
3852 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
3853 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
3854 to track the condition codes.
3855
3856 @menu
3857 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
3858 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
3859 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
3860 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
3861 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
3862 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
3863 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
3864 * Function Units::      Specifying information for insn scheduling.
3865 @end menu
3866
3867 @node Defining Attributes
3868 @subsection Defining Attributes and their Values
3869 @cindex defining attributes and their values
3870 @cindex attributes, defining
3871
3872 @findex define_attr
3873 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
3874 by the target machine.  It looks like:
3875
3876 @smallexample
3877 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
3878 @end smallexample
3879
3880 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
3881
3882 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
3883 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
3884 indicate that the attribute takes numeric values.
3885
3886 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
3887 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
3888 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
3889 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
3890 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
3891
3892 @findex insn-attr.h
3893 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
3894 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
3895 specified for an attribute, the following are defined:
3896
3897 @itemize @bullet
3898 @item
3899 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
3900
3901 @item
3902 An enumeral class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
3903 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
3904 the attribute name and value are first converted to upper case.
3905
3906 @item
3907 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
3908 returns the attribute value for that insn.
3909 @end itemize
3910
3911 For example, if the following is present in the @file{md} file:
3912
3913 @smallexample
3914 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
3915 @end smallexample
3916
3917 @noindent
3918 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
3919
3920 @smallexample
3921 #define HAVE_ATTR_type
3922 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
3923                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
3924 extern enum attr_type get_attr_type ();
3925 @end smallexample
3926
3927 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
3928 defined and the function to obtain the attribute's value will return
3929 @code{int}.
3930
3931 @node Expressions
3932 @subsection Attribute Expressions
3933 @cindex attribute expressions
3934
3935 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
3936 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
3937 Attribute value expressions must have one of the following forms:
3938
3939 @table @code
3940 @cindex @code{const_int} and attributes
3941 @item (const_int @var{i})
3942 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
3943 must be non-negative.
3944
3945 The value of a numeric attribute can be specified either with a
3946 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
3947 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
3948 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
3949 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
3950
3951 @cindex @code{const_string} and attributes
3952 @item (const_string @var{value})
3953 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
3954 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
3955 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
3956 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
3957 of a @code{define_attr}.@refill
3958
3959 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
3960 must be a string containing a non-negative integer (normally
3961 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
3962 contain one of the valid values for the attribute.
3963
3964 @cindex @code{if_then_else} and attributes
3965 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
3966 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
3967 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
3968 otherwise it is @var{false-value}.
3969
3970 @cindex @code{cond} and attributes
3971 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
3972 The first operand of this expression is a vector containing an even
3973 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
3974 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
3975 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
3976 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
3977 expression is that of the @var{default} expression.
3978 @end table
3979
3980 @var{test} expressions can have one of the following forms:
3981
3982 @table @code
3983 @cindex @code{const_int} and attribute tests
3984 @item (const_int @var{i})
3985 This test is true if @var{i} is non-zero and false otherwise.
3986
3987 @cindex @code{not} and attributes
3988 @cindex @code{ior} and attributes
3989 @cindex @code{and} and attributes
3990 @item (not @var{test})
3991 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
3992 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
3993 These tests are true if the indicated logical function is true.
3994
3995 @cindex @code{match_operand} and attributes
3996 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
3997 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
3998 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
3999 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
4000 @var{pred} returns a non-zero value when passed operand @var{n} and mode
4001 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
4002 string).
4003
4004 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
4005
4006 @cindex @code{le} and attributes
4007 @cindex @code{leu} and attributes
4008 @cindex @code{lt} and attributes
4009 @cindex @code{gt} and attributes
4010 @cindex @code{gtu} and attributes
4011 @cindex @code{ge} and attributes
4012 @cindex @code{geu} and attributes
4013 @cindex @code{ne} and attributes
4014 @cindex @code{eq} and attributes
4015 @cindex @code{plus} and attributes
4016 @cindex @code{minus} and attributes
4017 @cindex @code{mult} and attributes
4018 @cindex @code{div} and attributes
4019 @cindex @code{mod} and attributes
4020 @cindex @code{abs} and attributes
4021 @cindex @code{neg} and attributes
4022 @cindex @code{ashift} and attributes
4023 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
4024 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
4025 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
4026 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
4027 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
4028 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
4029 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
4030 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
4031 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
4032 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
4033 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
4034 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
4035 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
4036 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
4037 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
4038 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
4039 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.@refill
4040
4041 @findex get_attr
4042 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
4043 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
4044 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
4045 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
4046 variable.@refill
4047
4048 @findex eq_attr
4049 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
4050 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
4051
4052 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
4053 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
4054 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
4055 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
4056 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
4057 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
4058 @emph{not} in the specified list.
4059
4060 For example,
4061
4062 @smallexample
4063 (eq_attr "type" "load,store")
4064 @end smallexample
4065
4066 @noindent
4067 is equivalent to
4068
4069 @smallexample
4070 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
4071 @end smallexample
4072
4073 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
4074 value of the compiler variable @code{which_alternative}
4075 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
4076 example,@refill
4077
4078 @smallexample
4079 (eq_attr "alternative" "2,3")
4080 @end smallexample
4081
4082 @noindent
4083 is equivalent to
4084
4085 @smallexample
4086 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
4087      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
4088 @end smallexample
4089
4090 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
4091 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
4092 a particular pattern.  This is by far the most common case.@refill
4093
4094 @findex attr_flag
4095 @item (attr_flag @var{name})
4096 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
4097 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
4098 scheduled.
4099
4100 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
4101 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
4102 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
4103 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
4104 if a conditional branch is expected to be taken.
4105
4106 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
4107 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
4108
4109 This example describes a conditional branch delay slot which
4110 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
4111 for backward branches which are not taken (annul-false).
4112
4113 @smallexample
4114 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
4115   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
4116    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
4117         (attr_flag "forward"))
4118    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
4119         (attr_flag "backward"))])
4120 @end smallexample
4121
4122 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
4123 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4124
4125 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
4126 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4127 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
4128 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4129
4130 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
4131 meaning to other passes of the compiler.
4132
4133 @findex attr
4134 @item (attr @var{name})
4135 The value of another attribute is returned.  This is most useful
4136 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
4137 produce more efficient code for non-numeric attributes.
4138 @end table
4139
4140 @node Tagging Insns
4141 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
4142 @cindex tagging insns
4143 @cindex assigning attribute values to insns
4144
4145 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
4146 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
4147 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
4148 have an optional last argument to specify the values of attributes for
4149 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
4150 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
4151 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
4152 permits the specification of the values for only one or two attributes
4153 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
4154 next section.@refill
4155
4156 The optional last argument of @code{define_insn} and
4157 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
4158 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
4159 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
4160 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
4161 second operand of the @code{set} is an attribute expression
4162 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.@refill
4163
4164 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
4165 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
4166 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
4167 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
4168 each alternative.
4169
4170 @findex set_attr
4171 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
4172 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
4173 specifying a string giving either a single attribute value or a list
4174 of attribute values, one for each alternative.
4175
4176 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
4177 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
4178
4179 @table @code
4180 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
4181 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
4182 or a string containing a comma-separated list giving the values for
4183 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
4184 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
4185
4186 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
4187 which case the attribute will assume its default value for insns matching
4188 that alternative.
4189
4190 @findex set_attr_alternative
4191 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
4192 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
4193 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
4194 tests on the @samp{alternative} attribute.
4195
4196 @findex attr
4197 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
4198 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
4199 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
4200 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
4201 @end table
4202
4203 The following shows three different ways of representing the same
4204 attribute value specification:
4205
4206 @smallexample
4207 (set_attr "type" "load,store,arith")
4208
4209 (set_attr_alternative "type"
4210                       [(const_string "load") (const_string "store")
4211                        (const_string "arith")])
4212
4213 (set (attr "type")
4214      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
4215             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
4216            (const_string "arith")))
4217 @end smallexample
4218
4219 @need 1000
4220 @findex define_asm_attributes
4221 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
4222 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
4223 statement.  It has the form:
4224
4225 @smallexample
4226 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
4227 @end smallexample
4228
4229 @noindent
4230 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
4231 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
4232
4233 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
4234 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
4235
4236 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
4237 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
4238 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
4239 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
4240 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
4241 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
4242 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
4243 of a single machine instruction.
4244
4245 @node Attr Example
4246 @subsection Example of Attribute Specifications
4247 @cindex attribute specifications example
4248 @cindex attribute specifications
4249
4250 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
4251 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
4252 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
4253 value.  This attribute is normally used only to define the default value
4254 for other attributes.  An example will clarify this usage.
4255
4256 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
4257 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
4258 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
4259 operations, floating point operations, and branches.
4260
4261 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
4262 the condition code and will limit ourselves to the following possible
4263 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
4264 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
4265 changed if the item previously set into the condition code has been
4266 modified.
4267
4268 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
4269
4270 @smallexample
4271 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
4272
4273 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
4274              (cond [(eq_attr "type" "load")
4275                         (const_string "change0")
4276                     (eq_attr "type" "store,branch")
4277                         (const_string "unchanged")
4278                     (eq_attr "type" "arith")
4279                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
4280                                       (const_string "set")
4281                                       (const_string "clobber"))]
4282                    (const_string "clobber")))
4283
4284 (define_insn ""
4285   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
4286         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
4287   ""
4288   "@@
4289    move %0,%1
4290    load %0,%1
4291    store %0,%1"
4292   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
4293 @end smallexample
4294
4295 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
4296 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
4297 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
4298 full-word result.
4299
4300 @node Insn Lengths
4301 @subsection Computing the Length of an Insn
4302 @cindex insn lengths, computing
4303 @cindex computing the length of an insn
4304
4305 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
4306 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
4307 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
4308 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @samp{length}
4309 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
4310 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
4311
4312 In the case of the @samp{length} attribute, two additional forms of
4313 arithmetic terms are allowed in test expressions:
4314
4315 @table @code
4316 @cindex @code{match_dup} and attributes
4317 @item (match_dup @var{n})
4318 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
4319 must be a @code{label_ref}.
4320
4321 @cindex @code{pc} and attributes
4322 @item (pc)
4323 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
4324 been more consistent with other usage to make this the address of the
4325 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
4326 current insn is to be computed.
4327 @end table
4328
4329 @cindex @code{addr_vec}, length of
4330 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
4331 For normal insns, the length will be determined by value of the
4332 @samp{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
4333 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
4334 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
4335
4336 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
4337
4338 The following macros can be used to refine the length computation:
4339
4340 @table @code
4341 @findex FIRST_INSN_ADDRESS
4342 @item FIRST_INSN_ADDRESS
4343 When the @code{length} insn attribute is used, this macro specifies the
4344 value to be assigned to the address of the first insn in a function.  If
4345 not specified, 0 is used.
4346
4347 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
4348 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
4349 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
4350 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
4351 that contains the initially computed length of the insn and should be
4352 updated with the correct length of the insn.
4353
4354 This macro will normally not be required.  A case in which it is
4355 required is the ROMP.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
4356 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
4357 may be required.
4358 @end table
4359
4360 @findex get_attr_length
4361 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
4362 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
4363 determine the form of the branch instruction to be written, as the
4364 example below illustrates.
4365
4366 As an example of the specification of variable-length branches, consider
4367 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
4368 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
4369 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
4370 sequence to load the address from memory and then branch to it.
4371
4372 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
4373 as follows:
4374
4375 @smallexample
4376 (define_insn "jump"
4377   [(set (pc)
4378         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
4379   ""
4380   "*
4381 @{
4382    return (get_attr_length (insn) == 4
4383            ? \"b %l0\" : \"l r15,=a(%l0); br r15\");
4384 @}"
4385   [(set (attr "length") (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
4386                                       (const_int 4)
4387                                       (const_int 6)))])
4388 @end smallexample
4389
4390 @node Constant Attributes
4391 @subsection Constant Attributes
4392 @cindex constant attributes
4393
4394 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
4395 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
4396 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
4397 used to specify which variety of processor is used.  For example,
4398
4399 @smallexample
4400 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
4401  (const
4402   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
4403          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
4404         (const_string "m88000"))))
4405
4406 (define_attr "memory" "fast,slow"
4407  (const
4408   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
4409                 (const_string "fast")
4410                 (const_string "slow"))))
4411 @end smallexample
4412
4413 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
4414 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
4415 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
4416 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
4417 forms involving insn attributes.
4418
4419 @node Delay Slots
4420 @subsection Delay Slot Scheduling
4421 @cindex delay slots, defining
4422
4423 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
4424 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
4425 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
4426 after the instruction are executed as if they were located before it.
4427 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
4428 the following instruction before the branch or call is performed.
4429
4430 On some machines, conditional branch instructions can optionally
4431 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
4432 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
4433 instructions that annul if the branch is true and instructions that
4434 annul if the branch is false are supported.
4435
4436 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
4437 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
4438 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
4439 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
4440 instruction scheduling.
4441
4442 @findex define_delay
4443 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
4444 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
4445
4446 @smallexample
4447 (define_delay @var{test}
4448               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
4449                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
4450                @dots{}])
4451 @end smallexample
4452
4453 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
4454 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
4455 required delay slots is determined by the length of the vector specified
4456 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
4457 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
4458 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
4459 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
4460 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
4461 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.@refill
4462
4463 For example, in the common case where branch and call insns require
4464 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
4465 call, the following would be placed in the @file{md} file:
4466
4467 @smallexample
4468 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
4469               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
4470 @end smallexample
4471
4472 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
4473 case, each such expression specifies different delay slot requirements
4474 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
4475 expressions are both true.
4476
4477 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
4478 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
4479 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
4480 branch is true, we might represent this as follows:
4481
4482 @smallexample
4483 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
4484    [(eq_attr "type" "!branch,call")
4485     (eq_attr "type" "!branch,call")
4486     (nil)])
4487
4488 (define_delay (eq_attr "type" "call")
4489               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
4490                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
4491 @end smallexample
4492 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
4493
4494 @node Function Units
4495 @subsection Specifying Function Units
4496 @cindex function units, for scheduling
4497
4498 On most RISC machines, there are instructions whose results are not
4499 available for a specific number of cycles.  Common cases are instructions
4500 that load data from memory.  On many machines, a pipeline stall will result
4501 if the data is referenced too soon after the load instruction.
4502
4503 In addition, many newer microprocessors have multiple function units, usually
4504 one for integer and one for floating point, and often will incur pipeline
4505 stalls when a result that is needed is not yet ready.
4506
4507 The descriptions in this section allow the specification of how much
4508 time must elapse between the execution of an instruction and the time
4509 when its result is used.  It also allows specification of when the
4510 execution of an instruction will delay execution of similar instructions
4511 due to function unit conflicts.
4512
4513 For the purposes of the specifications in this section, a machine is
4514 divided into @dfn{function units}, each of which execute a specific
4515 class of instructions in first-in-first-out order.  Function units that
4516 accept one instruction each cycle and allow a result to be used in the
4517 succeeding instruction (usually via forwarding) need not be specified.
4518 Classic RISC microprocessors will normally have a single function unit,
4519 which we can call @samp{memory}.  The newer ``superscalar'' processors
4520 will often have function units for floating point operations, usually at
4521 least a floating point adder and multiplier.
4522
4523 @findex define_function_unit
4524 Each usage of a function units by a class of insns is specified with a
4525 @code{define_function_unit} expression, which looks like this:
4526
4527 @smallexample
4528 (define_function_unit @var{name} @var{multiplicity} @var{simultaneity}
4529                       @var{test} @var{ready-delay} @var{issue-delay}
4530                      [@var{conflict-list}])
4531 @end smallexample
4532
4533 @var{name} is a string giving the name of the function unit.
4534
4535 @var{multiplicity} is an integer specifying the number of identical
4536 units in the processor.  If more than one unit is specified, they will
4537 be scheduled independently.  Only truly independent units should be
4538 counted; a pipelined unit should be specified as a single unit.  (The
4539 only common example of a machine that has multiple function units for a
4540 single instruction class that are truly independent and not pipelined
4541 are the two multiply and two increment units of the CDC 6600.)
4542
4543 @var{simultaneity} specifies the maximum number of insns that can be
4544 executing in each instance of the function unit simultaneously or zero
4545 if the unit is pipelined and has no limit.
4546
4547 All @code{define_function_unit} definitions referring to function unit
4548 @var{name} must have the same name and values for @var{multiplicity} and
4549 @var{simultaneity}.
4550
4551 @var{test} is an attribute test that selects the insns we are describing
4552 in this definition.  Note that an insn may use more than one function
4553 unit and a function unit may be specified in more than one
4554 @code{define_function_unit}.
4555
4556 @var{ready-delay} is an integer that specifies the number of cycles
4557 after which the result of the instruction can be used without
4558 introducing any stalls.
4559
4560 @var{issue-delay} is an integer that specifies the number of cycles
4561 after the instruction matching the @var{test} expression begins using
4562 this unit until a subsequent instruction can begin.  A cost of @var{N}
4563 indicates an @var{N-1} cycle delay.  A subsequent instruction may also
4564 be delayed if an earlier instruction has a longer @var{ready-delay}
4565 value.  This blocking effect is computed using the @var{simultaneity},
4566 @var{ready-delay}, @var{issue-delay}, and @var{conflict-list} terms.
4567 For a normal non-pipelined function unit, @var{simultaneity} is one, the
4568 unit is taken to block for the @var{ready-delay} cycles of the executing
4569 insn, and smaller values of @var{issue-delay} are ignored.
4570
4571 @var{conflict-list} is an optional list giving detailed conflict costs
4572 for this unit.  If specified, it is a list of condition test expressions
4573 to be applied to insns chosen to execute in @var{name} following the
4574 particular insn matching @var{test} that is already executing in
4575 @var{name}.  For each insn in the list, @var{issue-delay} specifies the
4576 conflict cost; for insns not in the list, the cost is zero.  If not
4577 specified, @var{conflict-list} defaults to all instructions that use the
4578 function unit.
4579
4580 Typical uses of this vector are where a floating point function unit can
4581 pipeline either single- or double-precision operations, but not both, or
4582 where a memory unit can pipeline loads, but not stores, etc.
4583
4584 As an example, consider a classic RISC machine where the result of a
4585 load instruction is not available for two cycles (a single ``delay''
4586 instruction is required) and where only one load instruction can be executed
4587 simultaneously.  This would be specified as:
4588
4589 @smallexample
4590 (define_function_unit "memory" 1 1 (eq_attr "type" "load") 2 0)
4591 @end smallexample
4592
4593 For the case of a floating point function unit that can pipeline either
4594 single or double precision, but not both, the following could be specified:
4595
4596 @smallexample
4597 (define_function_unit
4598    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "sp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "dp_fp")])
4599 (define_function_unit
4600    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "dp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "sp_fp")])
4601 @end smallexample
4602
4603 @strong{Note:} The scheduler attempts to avoid function unit conflicts
4604 and uses all the specifications in the @code{define_function_unit}
4605 expression.  It has recently come to our attention that these
4606 specifications may not allow modeling of some of the newer
4607 ``superscalar'' processors that have insns using multiple pipelined
4608 units.  These insns will cause a potential conflict for the second unit
4609 used during their execution and there is no way of representing that
4610 conflict.  We welcome any examples of how function unit conflicts work
4611 in such processors and suggestions for their representation.
4612 @end ifset
4613
4614 @node Conditional Execution
4615 @section Conditional Execution
4616 @cindex conditional execution
4617 @cindex predication
4618
4619 A number of architectures provide for some form of conditional
4620 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
4621 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
4622 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
4623 can be quite tedious to describe these forms directly in the
4624 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
4625
4626 @findex define_cond_exec
4627 @smallexample
4628 (define_cond_exec
4629   [@var{predicate-pattern}]
4630   "@var{condition}"
4631   "@var{output template}")
4632 @end smallexample
4633
4634 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
4635 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
4636 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
4637 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
4638 alternative.
4639
4640 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
4641 pattern to match.
4642
4643 @findex current_insn_predicate
4644 @var{output template} is a string similar to the @code{define_insn}
4645 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
4646 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
4647 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
4648 In order to handle the general case, there is a global variable
4649 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
4650 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
4651
4652 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to 
4653 the @code{predicable} instruction attribute is made. 
4654 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e. have
4655 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
4656 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
4657 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the 
4658 alternative or anything else.
4659
4660 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable} 
4661 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
4662 generated that matches a predicated version of the instruction.
4663 For example,
4664
4665 @smallexample
4666 (define_insn "addsi"
4667   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
4668         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
4669                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
4670   "@var{test1}"
4671   "add %2,%1,%0")
4672
4673 (define_cond_exec
4674   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
4675        (const_int 0))]
4676   "@var{test2}"
4677   "(%0)")
4678 @end smallexample
4679
4680 @noindent
4681 generates a new pattern
4682
4683 @smallexample
4684 (define_insn ""
4685   [(cond_exec
4686      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
4687      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
4688           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
4689                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
4690   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
4691   "(%3) add %2,%1,%0")
4692 @end smallexample