OSDN Git Service

Standardize header guards.
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / md.texi
1 @c Copyright (C) 1988, 89, 92, 93, 94, 96, 1998, 2000, 2001 Free Software Foundation, Inc.
2 @c This is part of the GCC manual.
3 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
4
5 @ifset INTERNALS
6 @node Machine Desc
7 @chapter Machine Descriptions
8 @cindex machine descriptions
9
10 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
11 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
12
13 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
14 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
15 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
16 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
17 is inside a quoted string.
18
19 See the next chapter for information on the C header file.
20
21 @menu
22 * Overview::            How the machine description is used.
23 * Patterns::            How to write instruction patterns.
24 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
25 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
26 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
27                           from such an insn.
28 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
29                           the assembler code.
30 * Constraints::         When not all operands are general operands.
31 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
32 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
33 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
34 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
35 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
36 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
37 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
38                           for a standard operation.
39 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
40 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
41 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
42 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
43                            predication.
44 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
45                         md file.
46 @end menu
47
48 @node Overview
49 @section Overview of How the Machine Description is Used
50
51 There are three main conversions that happen in the compiler:
52
53 @enumerate
54
55 @item
56 The front end reads the source code and builds a parse tree.
57
58 @item
59 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
60 instruction patterns.
61
62 @item
63 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
64 code.
65
66 @end enumerate
67
68 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
69 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
70 choose the pattern with the right name and apply the operands according
71 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
72 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
73 for are hard-coded in the compiler - it will ignore unnamed patterns and
74 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
75 named pattern it needs, it will abort.
76
77 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
78 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
79 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
80 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
81 invoke DONE.  For certain named patterns, it may invoke FAIL to tell the
82 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
83 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
84 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
85
86 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
87 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
88 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
89 example.
90
91 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
92 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
93 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
94 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
95
96 @node Patterns
97 @section Everything about Instruction Patterns
98 @cindex patterns
99 @cindex instruction patterns
100
101 @findex define_insn
102 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
103 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
104 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
105 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
106
107 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
108
109 @enumerate
110 @item
111 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
112 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
113 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
114 the instruction patterns with those names, if the names are defined
115 in the machine description.
116
117 The absence of a name is indicated by writing an empty string
118 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
119 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
120 to be combined later on.
121
122 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
123 effect; they are equivalent to no name at all.
124
125 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
126 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
127 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
128 to having a nameless pattern for all other purposes.
129
130 @item
131 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
132 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
133 incomplete because it may contain @code{match_operand},
134 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
135 operands of the instruction.
136
137 If the vector has only one element, that element is the template for the
138 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
139 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
140 elements described.
141
142 @item
143 @cindex pattern conditions
144 @cindex conditions, in patterns
145 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
146 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
147
148 @cindex named patterns and conditions
149 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
150 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
151 flags.  The compiler needs to test these conditions during
152 initialization in order to learn exactly which named instructions are
153 available in a particular run.
154
155 @findex operands
156 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
157 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
158 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
159 @code{operands}.
160
161 @item
162 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
163 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
164 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
165
166 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
167 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
168
169 @item
170 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
171 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
172 @end enumerate
173
174 @node Example
175 @section Example of @code{define_insn}
176 @cindex @code{define_insn} example
177
178 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
179
180 @example
181 (define_insn "tstsi"
182   [(set (cc0)
183         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
184   ""
185   "*
186 @{ if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
187     return \"tstl %0\";
188   return \"cmpl #0,%0\"; @}")
189 @end example
190
191 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
192 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
193 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
194 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
195 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
196 can be constructed using this pattern.
197
198 The output control string is a piece of C code which chooses which
199 output template to return based on the kind of operand and the specific
200 type of CPU for which code is being generated.
201
202 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
203
204 @node RTL Template
205 @section RTL Template
206 @cindex RTL insn template
207 @cindex generating insns
208 @cindex insns, generating
209 @cindex recognizing insns
210 @cindex insns, recognizing
211
212 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
213 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
214 says how to construct an insn from specified operands.
215
216 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
217 template.  Matching involves determining the values that serve as the
218 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
219 controlled by special expression types that direct matching and
220 substitution of the operands.
221
222 @table @code
223 @findex match_operand
224 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
225 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
226 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
227 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
228 appears at this position in the insn will be taken as operand
229 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
230 pattern will not match at all.
231
232 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
233 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
234 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
235 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
236 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
237 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
238 other operand numbers.
239
240 @var{predicate} is a string that is the name of a C function that accepts two
241 arguments, an expression and a machine mode.  During matching, the
242 function will be called with the putative operand as the expression and
243 @var{m} as the mode argument (if @var{m} is not specified,
244 @code{VOIDmode} will be used, which normally causes @var{predicate} to accept
245 any mode).  If it returns zero, this instruction pattern fails to match.
246 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be done
247 on the operand, so anything which occurs in this position is valid.
248
249 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
250 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
251 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
252 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
253 @code{VOIDmode}.
254
255 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
256 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
257
258 People are often unclear on the difference between the constraint and the
259 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
260 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
261 controls various decisions in the case of an insn which does match.
262
263 @findex general_operand
264 On CISC machines, the most common @var{predicate} is
265 @code{"general_operand"}.  This function checks that the putative
266 operand is either a constant, a register or a memory reference, and that
267 it is valid for mode @var{m}.
268
269 @findex register_operand
270 For an operand that must be a register, @var{predicate} should be
271 @code{"register_operand"}.  Using @code{"general_operand"} would be
272 valid, since the reload pass would copy any non-register operands
273 through registers, but this would make GNU CC do extra work, it would
274 prevent invariant operands (such as constant) from being removed from
275 loops, and it would prevent the register allocator from doing the best
276 possible job.  On RISC machines, it is usually most efficient to allow
277 @var{predicate} to accept only objects that the constraints allow.
278
279 @findex immediate_operand
280 For an operand that must be a constant, you must be sure to either use
281 @code{"immediate_operand"} for @var{predicate}, or make the instruction
282 pattern's extra condition require a constant, or both.  You cannot
283 expect the constraints to do this work!  If the constraints allow only
284 constants, but the predicate allows something else, the compiler will
285 crash when that case arises.
286
287 @findex match_scratch
288 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
289 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
290 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
291 expression.
292
293 When matching patterns, this is equivalent to
294
295 @smallexample
296 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
297 @end smallexample
298
299 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
300 expression.
301
302 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
303 expressions whose operands are either a hard register or
304 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
305 necessary.  @xref{Side Effects}.
306
307 @findex match_dup
308 @item (match_dup @var{n})
309 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
310 It is used when the operand needs to appear more than once in the
311 insn.
312
313 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
314 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
315 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
316 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
317 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
318 identical-looking expression.
319
320 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
321 a particular register is being used for two operands (example:
322 @code{add} that adds one register to another; the second register is
323 both an input operand and the output operand).  Use a matching
324 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
325 operand is used in two places in the template, such as an instruction
326 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
327 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
328 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
329
330 @findex match_operator
331 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
332 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
333 code.
334
335 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
336 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
337 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
338
339 When matching an expression, it matches an expression if the function
340 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
341 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
342
343 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
344 follows, to match any expression whose operator is one of the
345 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
346
347 @smallexample
348 int
349 commutative_operator (x, mode)
350      rtx x;
351      enum machine_mode mode;
352 @{
353   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
354   if (GET_MODE (x) != mode)
355     return 0;
356   return (GET_RTX_CLASS (code) == 'c'
357           || code == EQ || code == NE);
358 @}
359 @end smallexample
360
361 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
362 of a commutative operator applied to two general operands:
363
364 @smallexample
365 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
366   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
367    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
368 @end smallexample
369
370 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
371 because the expressions to be matched all contain two operands.
372
373 When this pattern does match, the two operands of the commutative
374 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
375 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
376 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
377 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
378
379 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
380 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
381 predicate function, and that function is solely responsible for
382 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
383
384 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
385 the operation (i.e. the expression code) for the expression to be
386 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
387 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
388 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
389 only its expression code matters.
390
391 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
392 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
393 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
394 register allocation because the register allocator often looks at
395 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
396
397 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
398 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
399 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
400 However, if parts of its @var{operands} are matched by
401 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
402 their own.
403
404 @findex match_op_dup
405 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
406 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
407 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
408 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
409 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
410 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
411 recognition template, and it matches only an identical-looking
412 expression.
413
414 @findex match_parallel
415 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
416 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
417 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
418 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
419
420 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
421 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
422 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
423 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
424 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
425 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
426 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
427 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
428 those listed in the @code{match_parallel}.@refill
429
430 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
431 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
432 in a @code{parallel}.  For example,
433 @c the following is *still* going over.  need to change the code.
434 @c also need to work on grouping of this example.  --mew 1feb93
435
436 @smallexample
437 (define_insn ""
438   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
439      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
440            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
441       (use (reg:SI 179))
442       (clobber (reg:SI 179))])]
443   ""
444   "loadm 0,0,%1,%2")
445 @end smallexample
446
447 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
448 @code{load_multiple_operations} is defined in @file{a29k.c} and checks
449 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
450 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
451 registers and memory locations.
452
453 An insn that matches this pattern might look like:
454
455 @smallexample
456 (parallel
457  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
458   (use (reg:SI 179))
459   (clobber (reg:SI 179))
460   (set (reg:SI 21)
461        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
462                         (const_int 4))))
463   (set (reg:SI 22)
464        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
465                         (const_int 8))))])
466 @end smallexample
467
468 @findex match_par_dup
469 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
470 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
471 @code{match_operator}.
472
473 @findex match_insn
474 @item (match_insn @var{predicate})
475 Match a complete insn.  Unlike the other @code{match_*} recognizers,
476 @code{match_insn} does not take an operand number.
477
478 The machine mode @var{m} of @code{match_insn} works like that of
479 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
480 predicate function, and that function is solely responsible for
481 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
482
483 @findex match_insn2
484 @item (match_insn2 @var{n} @var{predicate})
485 Match a complete insn.
486
487 The machine mode @var{m} of @code{match_insn2} works like that of
488 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
489 predicate function, and that function is solely responsible for
490 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
491
492 @end table
493
494 @node Output Template
495 @section Output Templates and Operand Substitution
496 @cindex output templates
497 @cindex operand substitution
498
499 @cindex @samp{%} in template
500 @cindex percent sign
501 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
502 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
503 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
504 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
505 identify places where different variants of the assembler require
506 different syntax.
507
508 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
509 operand @var{n} at that point in the string.
510
511 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
512 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
513 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
514 additional letters with nonstandard meanings.
515
516 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
517 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
518 operand.
519
520 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
521 the constant is negated before printing.
522
523 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
524 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
525 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
526 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
527 as if it were a memory reference.
528
529 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
530 instruction.
531
532 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
533 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
534 referred to more than once in a single template that generates multiple
535 assembler instructions.
536
537 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
538 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
539 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
540 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
541 which punctuation characters are valid with the
542 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
543
544 @cindex \
545 @cindex backslash
546 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
547 for the instructions, with @samp{\;} between them.
548
549 @cindex matching operands
550 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
551 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
552 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
553 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
554 operand.
555
556 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
557 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
558 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
559 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
560 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
561 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
562 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
563 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
564 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
565 it to do nothing.
566
567 @cindex @code{#} in template
568 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
569 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
570 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
571 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
572 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
573 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
574 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
575 instructions.
576
577 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
578 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
579 describe multiple variants of assembler language syntax.
580 @xref{Instruction Output}.
581
582 @node Output Statement
583 @section C Statements for Assembler Output
584 @cindex output statements
585 @cindex C statements for assembler output
586 @cindex generating assembler output
587
588 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
589 assembler code for all the cases that are recognized by a single
590 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
591 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
592 machine instructions.
593
594 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
595 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
596 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
597 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
598 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
599 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
600 might write this pattern:
601
602 @smallexample
603 (define_insn "addsi3"
604   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
605         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
606                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
607   ""
608   "@@
609    addr %2,%0
610    addm %2,%0")
611 @end smallexample
612
613 @cindex @code{*} in template
614 @cindex asterisk in template
615 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
616 output template but rather a piece of C program that should compute a
617 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
618 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
619 require doublequote characters to delimit them.  To include these
620 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
621
622 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
623 is @code{rtx []}.
624
625 It is very common to select different ways of generating assembler code
626 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
627 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
628 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
629 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
630 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
631 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
632 values of those bits.
633
634 @findex output_asm_insn
635 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
636 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
637 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
638 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
639 that you declare locally and initialize yourself.
640
641 @findex which_alternative
642 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
643 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
644 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
645 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
646 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
647 etc.).
648
649 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
650 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
651 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
652
653 @smallexample
654 (define_insn ""
655   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
656         (const_int 0))]
657   ""
658   "*
659   return (which_alternative == 0
660           ? \"clrreg %0\" : \"clrmem %0\");
661   ")
662 @end smallexample
663
664 The example above, where the assembler code to generate was
665 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
666 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
667
668 @smallexample
669 @group
670 (define_insn ""
671   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
672         (const_int 0))]
673   ""
674   "@@
675    clrreg %0
676    clrmem %0")
677 @end group
678 @end smallexample
679 @end ifset
680
681 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
682 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the full
683 @c manual's context are conditionalized to appear only in the full manual.
684 @ifset INTERNALS
685 @node Constraints
686 @section Operand Constraints
687 @cindex operand constraints
688 @cindex constraints
689
690 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify a
691 constraint for the type of operands allowed.
692 @end ifset
693 @ifclear INTERNALS
694 @node Constraints
695 @section Constraints for @code{asm} Operands
696 @cindex operand constraints, @code{asm}
697 @cindex constraints, @code{asm}
698 @cindex @code{asm} constraints
699
700 Here are specific details on what constraint letters you can use with
701 @code{asm} operands.
702 @end ifclear
703 Constraints can say whether
704 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
705 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
706 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
707 have.  Constraints can also require two operands to match.
708
709 @ifset INTERNALS
710 @menu
711 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
712 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
713 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
714 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
715 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
716 @end menu
717 @end ifset
718
719 @ifclear INTERNALS
720 @menu
721 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
722 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
723 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
724 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
725 @end menu
726 @end ifclear
727
728 @node Simple Constraints
729 @subsection Simple Constraints
730 @cindex simple constraints
731
732 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
733 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
734 the letters that are allowed:
735
736 @table @asis
737 @item whitespace
738 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
739 except the first.  This enables each alternative for different operands to
740 be visually aligned in the machine description even if they have different
741 number of constraints and modifiers.
742
743 @cindex @samp{m} in constraint
744 @cindex memory references in constraints
745 @item @samp{m}
746 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
747 supports in general.
748
749 @cindex offsettable address
750 @cindex @samp{o} in constraint
751 @item @samp{o}
752 A memory operand is allowed, but only if the address is
753 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
754 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
755 may be added to the address and the result is also a valid memory
756 address.
757
758 @cindex autoincrement/decrement addressing
759 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
760 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
761 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
762 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
763 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
764 addresses may or may not be offsettable depending on the other
765 addressing modes that the machine supports.
766
767 Note that in an output operand which can be matched by another
768 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
769 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
770 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
771
772 @cindex @samp{V} in constraint
773 @item @samp{V}
774 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
775 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
776
777 @cindex @samp{<} in constraint
778 @item @samp{<}
779 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
780 postdecrement) is allowed.
781
782 @cindex @samp{>} in constraint
783 @item @samp{>}
784 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
785 postincrement) is allowed.
786
787 @cindex @samp{r} in constraint
788 @cindex registers in constraints
789 @item @samp{r}
790 A register operand is allowed provided that it is in a general
791 register.
792
793 @cindex constants in constraints
794 @cindex @samp{i} in constraint
795 @item @samp{i}
796 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
797 This includes symbolic constants whose values will be known only at
798 assembly time.
799
800 @cindex @samp{n} in constraint
801 @item @samp{n}
802 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
803 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
804 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
805 rather than @samp{i}.
806
807 @cindex @samp{I} in constraint
808 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
809 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
810 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
811 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
812 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
813 This is the range permitted as a shift count in the shift
814 instructions.
815
816 @cindex @samp{E} in constraint
817 @item @samp{E}
818 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
819 allowed, but only if the target floating point format is the same as
820 that of the host machine (on which the compiler is running).
821
822 @cindex @samp{F} in constraint
823 @item @samp{F}
824 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
825 allowed.
826
827 @cindex @samp{G} in constraint
828 @cindex @samp{H} in constraint
829 @item @samp{G}, @samp{H}
830 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
831 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
832
833 @cindex @samp{s} in constraint
834 @item @samp{s}
835 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
836 allowed.
837
838 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
839 value not known at compile time, it certainly must allow any known
840 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
841 better code to be generated.
842
843 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
844 use an immediate operand; but if the immediate value is between -128
845 and 127, better code results from loading the value into a register and
846 using the register.  This is because the load into the register can be
847 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
848 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
849 range -128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
850 constraints.
851
852 @cindex @samp{g} in constraint
853 @item @samp{g}
854 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
855 registers that are not general registers.
856
857 @cindex @samp{X} in constraint
858 @item @samp{X}
859 @ifset INTERNALS
860 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
861 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
862 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
863 require a scratch register.
864 @end ifset
865 @ifclear INTERNALS
866 Any operand whatsoever is allowed.
867 @end ifclear
868
869 @cindex @samp{0} in constraint
870 @cindex digits in constraint
871 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
872 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
873 digit is used together with letters within the same alternative, the
874 digit should come last.
875
876 @cindex matching constraint
877 @cindex constraint, matching
878 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
879 that the assembler has only a single operand that fills two roles
880 @ifset INTERNALS
881 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
882 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
883 @end ifset
884 @ifclear INTERNALS
885 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
886 two input operands and an output operand, but on most CISC
887 @end ifclear
888 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
889 input-output operand:
890
891 @smallexample
892 addl #35,r12
893 @end smallexample
894
895 Matching constraints are used in these circumstances.
896 More precisely, the two operands that match must include one input-only
897 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
898 smaller number than the number of the operand that uses it in the
899 constraint.
900
901 @ifset INTERNALS
902 For operands to match in a particular case usually means that they
903 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
904 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
905 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
906 For proper results in such cases, the output template should always
907 use the output-operand's number when printing the operand.
908 @end ifset
909
910 @cindex load address instruction
911 @cindex push address instruction
912 @cindex address constraints
913 @cindex @samp{p} in constraint
914 @item @samp{p}
915 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
916 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
917
918 @findex address_operand
919 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
920 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
921 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
922 reference for which the address would be valid.
923
924 @cindex other register constraints
925 @cindex extensible constraints
926 @item @var{other letters}
927 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
928 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
929 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
930 for data, address and floating point registers.
931
932 @ifset INTERNALS
933 The machine description macro @code{REG_CLASS_FROM_LETTER} has first
934 cut at the otherwise unused letters.  If it evaluates to @code{NO_REGS},
935 then @code{EXTRA_CONSTRAINT} is evaluated.
936
937 A typical use for @code{EXTRA_CONSTRANT} would be to distinguish certain
938 types of memory references that affect other insn operands.
939 @end ifset
940 @end table
941
942 @ifset INTERNALS
943 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
944 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
945 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
946 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
947 done by copying an operand into a register.
948
949 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
950
951 @smallexample
952 (define_insn ""
953   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
954         (plus:SI (match_dup 0)
955                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
956   ""
957   "@dots{}")
958 @end smallexample
959
960 @noindent
961 which has two operands, one of which must appear in two places, and
962
963 @smallexample
964 (define_insn ""
965   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
966         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
967                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
968   ""
969   "@dots{}")
970 @end smallexample
971
972 @noindent
973 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
974 identical.  If we are considering an insn of the form
975
976 @smallexample
977 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
978   (set (reg:SI 3)
979        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
980   @dots{})
981 @end smallexample
982
983 @noindent
984 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
985 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
986 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns.''
987 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
988 is something wrong with it.''  It would direct the reload pass of the
989 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
990 results might look like this:
991
992 @smallexample
993 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
994   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
995   @dots{})
996
997 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
998   (set (reg:SI 3)
999        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1000   @dots{})
1001 @end smallexample
1002
1003 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1004 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1005 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1006 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1007 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1008 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1009 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1010 reloading any possible operand so that it will fit.
1011
1012 @itemize @bullet
1013 @item
1014 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1015 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1016
1017 For example, an operand whose constraints permit everything except
1018 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1019
1020 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1021 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1022 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1023 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1024 more selective.
1025
1026 @item
1027 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1028 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1029 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1030 compiler knows how to copy a register into another register of the
1031 proper class in order to make an instruction valid.
1032
1033 @cindex nonoffsettable memory reference
1034 @cindex memory reference, nonoffsettable
1035 @item
1036 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1037 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1038 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1039
1040 @item
1041 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1042 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1043 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1044 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1045
1046 @item
1047 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1048 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1049 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1050 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1051 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1052 objects allowed by the constraint.
1053 @end itemize
1054
1055 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1056 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1057 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1058 how to copy a register temporarily into memory.
1059
1060 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1061 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1062 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1063 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1064 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1065 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1066 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1067 @code{sign_extend}.
1068 @end ifset
1069
1070 @node Multi-Alternative
1071 @subsection Multiple Alternative Constraints
1072 @cindex multiple alternative constraints
1073
1074 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1075 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1076 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1077 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1078 another.
1079
1080 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1081 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1082 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1083 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1084 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1085 @ifset INTERNALS
1086 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1087
1088 @smallexample
1089 (define_insn "iorsi3"
1090   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1091         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1092                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1093   @dots{})
1094 @end smallexample
1095
1096 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1097 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1098 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1099 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1100 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1101 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1102 @end ifset
1103
1104 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1105 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1106 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1107 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1108 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1109 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1110 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1111
1112 @table @code
1113 @cindex @samp{?} in constraint
1114 @cindex question mark
1115 @item ?
1116 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1117 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1118 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1119 in it.
1120
1121 @cindex @samp{!} in constraint
1122 @cindex exclamation point
1123 @item !
1124 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1125 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1126 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1127 @end table
1128
1129 @ifset INTERNALS
1130 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1131 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1132 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1133 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1134 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1135 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1136 @end ifset
1137
1138 @ifset INTERNALS
1139 @node Class Preferences
1140 @subsection Register Class Preferences
1141 @cindex class preference constraints
1142 @cindex register class preference constraints
1143
1144 @cindex voting between constraint alternatives
1145 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1146 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1147 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1148 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1149 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1150 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1151 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1152 favor of a general register.  The machine description says which registers
1153 are considered general.
1154
1155 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1156 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1157 @end ifset
1158
1159 @node Modifiers
1160 @subsection Constraint Modifier Characters
1161 @cindex modifiers in constraints
1162 @cindex constraint modifier characters
1163
1164 @c prevent bad page break with this line
1165 Here are constraint modifier characters.
1166
1167 @table @samp
1168 @cindex @samp{=} in constraint
1169 @item =
1170 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1171 value is discarded and replaced by output data.
1172
1173 @cindex @samp{+} in constraint
1174 @item +
1175 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1176
1177 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1178 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1179 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1180 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1181 are assumed to be input only.
1182
1183 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1184 first character of the constraint string.
1185
1186 @cindex @samp{&} in constraint
1187 @cindex earlyclobber operand
1188 @item &
1189 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1190 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1191 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1192 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1193 address.
1194
1195 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1196 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1197 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1198 @samp{movdf} insn of the 68000.
1199
1200 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only 
1201 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1202 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1203 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber. 
1204 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM.
1205
1206 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1207
1208 @cindex @samp{%} in constraint
1209 @item %
1210 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1211 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1212 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1213 constraints.
1214 @ifset INTERNALS
1215 This is often used in patterns for addition instructions
1216 that really have only two operands: the result must go in one of the
1217 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1218 instruction is defined:
1219
1220 @smallexample
1221 (define_insn "addhi3"
1222   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1223      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1224               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1225   @dots{})
1226 @end smallexample
1227 @end ifset
1228
1229 @cindex @samp{#} in constraint
1230 @item #
1231 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1232 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1233 register preferences.
1234
1235 @ifset INTERNALS
1236 @cindex @samp{*} in constraint
1237 @item *
1238 Says that the following character should be ignored when choosing
1239 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1240 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1241
1242 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1243 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1244 copying it into an address register.  While either kind of register is
1245 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1246 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1247 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1248 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1249 register preferences.
1250
1251 @smallexample
1252 (define_insn "extendhisi2"
1253   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1254         (sign_extend:SI
1255          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1256   @dots{})
1257 @end smallexample
1258 @end ifset
1259 @end table
1260
1261 @node Machine Constraints
1262 @subsection Constraints for Particular Machines
1263 @cindex machine specific constraints
1264 @cindex constraints, machine specific
1265
1266 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1267 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1268 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1269 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1270 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1271 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1272 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1273 immediate-constant format.
1274
1275 For each machine architecture, the @file{config/@var{machine}.h} file
1276 defines additional constraints.  These constraints are used by the
1277 compiler itself for instruction generation, as well as for @code{asm}
1278 statements; therefore, some of the constraints are not particularly
1279 interesting for @code{asm}.  The constraints are defined through these
1280 macros:
1281
1282 @table @code
1283 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1284 Register class constraints (usually lower case).
1285
1286 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1287 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1288 word size or smaller precision (usually upper case).
1289
1290 @item CONST_DOUBLE_OK_FOR_LETTER_P
1291 Immediate constant constraints, for all floating point constants and for
1292 constants of greater than word size precision (usually upper case).
1293
1294 @item EXTRA_CONSTRAINT
1295 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1296 is only defined for some machines.
1297 @end table
1298
1299 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1300 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1301 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1302 available on some particular machines.
1303
1304 @table @emph
1305 @item ARM family---@file{arm.h}
1306 @table @code
1307 @item f
1308 Floating-point register
1309
1310 @item F
1311 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1312 or 10.0
1313
1314 @item G
1315 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1316 were negated
1317
1318 @item I
1319 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1320 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1321 multiple of 2
1322
1323 @item J
1324 Integer in the range -4095 to 4095
1325
1326 @item K
1327 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1328
1329 @item L
1330 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1331
1332 @item M
1333 Integer in the range 0 to 32
1334
1335 @item Q
1336 A memory reference where the exact address is in a single register
1337 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1338
1339 @item R
1340 An item in the constant pool
1341
1342 @item S
1343 A symbol in the text segment of the current file
1344 @end table
1345
1346 @item AMD 29000 family---@file{a29k.h}
1347 @table @code
1348 @item l
1349 Local register 0
1350
1351 @item b
1352 Byte Pointer (@samp{BP}) register
1353
1354 @item q
1355 @samp{Q} register
1356
1357 @item h
1358 Special purpose register
1359
1360 @item A
1361 First accumulator register
1362
1363 @item a
1364 Other accumulator register
1365
1366 @item f
1367 Floating point register
1368
1369 @item I
1370 Constant greater than 0, less than 0x100
1371
1372 @item J
1373 Constant greater than 0, less than 0x10000
1374
1375 @item K
1376 Constant whose high 24 bits are on (1)
1377
1378 @item L
1379 16-bit constant whose high 8 bits are on (1)
1380
1381 @item M
1382 32-bit constant whose high 16 bits are on (1)
1383
1384 @item N
1385 32-bit negative constant that fits in 8 bits
1386
1387 @item O
1388 The constant 0x80000000 or, on the 29050, any 32-bit constant
1389 whose low 16 bits are 0.
1390
1391 @item P
1392 16-bit negative constant that fits in 8 bits
1393
1394 @item G
1395 @itemx H
1396 A floating point constant (in @code{asm} statements, use the machine
1397 independent @samp{E} or @samp{F} instead)
1398 @end table
1399
1400 @item AVR family---@file{avr.h}
1401 @table @code
1402 @item l
1403 Registers from r0 to r15
1404
1405 @item a
1406 Registers from r16 to r23
1407
1408 @item d
1409 Registers from r16 to r31
1410
1411 @item w
1412 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1413
1414 @item e
1415 Pointer register (r26 - r31)
1416
1417 @item b
1418 Base pointer register (r28 - r31)
1419
1420 @item q
1421 Stack pointer register (SPH:SPL)
1422
1423 @item t
1424 Temporary register r0
1425
1426 @item x
1427 Register pair X (r27:r26)
1428
1429 @item y
1430 Register pair Y (r29:r28)
1431
1432 @item z
1433 Register pair Z (r31:r30)
1434
1435 @item I
1436 Constant greater than -1, less than 64
1437
1438 @item J
1439 Constant greater than -64, less than 1
1440
1441 @item K
1442 Constant integer 2
1443
1444 @item L
1445 Constant integer 0
1446
1447 @item M
1448 Constant that fits in 8 bits
1449
1450 @item N
1451 Constant integer -1
1452
1453 @item O
1454 Constant integer 8, 16, or 24
1455
1456 @item P
1457 Constant integer 1
1458
1459 @item G
1460 A floating point constant 0.0
1461 @end table
1462
1463 @item IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1464 @table @code
1465 @item b
1466 Address base register
1467
1468 @item f
1469 Floating point register
1470
1471 @item h
1472 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1473
1474 @item q
1475 @samp{MQ} register
1476
1477 @item c
1478 @samp{CTR} register
1479
1480 @item l
1481 @samp{LINK} register
1482
1483 @item x
1484 @samp{CR} register (condition register) number 0
1485
1486 @item y
1487 @samp{CR} register (condition register)
1488
1489 @item z
1490 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1491
1492 @item I
1493 Signed 16-bit constant
1494
1495 @item J
1496 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for 
1497 @code{SImode} constants)
1498
1499 @item K
1500 Unsigned 16-bit constant
1501
1502 @item L
1503 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1504
1505 @item M
1506 Constant larger than 31
1507
1508 @item N
1509 Exact power of 2
1510
1511 @item O
1512 Zero
1513
1514 @item P
1515 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1516
1517 @item G
1518 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1519 instruction per word
1520
1521 @item Q
1522 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1523 for @code{asm} statements)
1524
1525 @item R
1526 AIX TOC entry
1527
1528 @item S
1529 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1530
1531 @item T
1532 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1533
1534 @item U
1535 System V Release 4 small data area reference
1536 @end table
1537
1538 @item Intel 386---@file{i386.h}
1539 @table @code
1540 @item q
1541 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register for the i386.
1542 For x86-64 it is equivalent to @samp{r} class. (for 8-bit instructions that
1543 do not use upper halves)
1544
1545 @item Q
1546 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register. (for 8-bit instructions,
1547 that do use upper halves)
1548
1549 @item R
1550 Legacy register --- equivalent to @code{r} class in i386 mode.
1551 (for non-8-bit registers used together with 8-bit upper halves in a single
1552 instruction)
1553
1554 @item A
1555 Specifies the @samp{a} or @samp{d} registers.  This is primarily useful
1556 for 64-bit integer values (when in 32-bit mode) intended to be returned
1557 with the @samp{d} register holding the most significant bits and the
1558 @samp{a} register holding the least significant bits.
1559
1560 @item f
1561 Floating point register
1562
1563 @item t
1564 First (top of stack) floating point register
1565
1566 @item u
1567 Second floating point register
1568
1569 @item a
1570 @samp{a} register
1571
1572 @item b
1573 @samp{b} register
1574
1575 @item c
1576 @samp{c} register
1577
1578 @item d
1579 @samp{d} register
1580
1581 @item D
1582 @samp{di} register
1583
1584 @item S
1585 @samp{si} register
1586
1587 @item x
1588 @samp{xmm} SSE register
1589
1590 @item y
1591 MMX register
1592
1593 @item I
1594 Constant in range 0 to 31 (for 32-bit shifts)
1595
1596 @item J
1597 Constant in range 0 to 63 (for 64-bit shifts)
1598
1599 @item K
1600 @samp{0xff}
1601
1602 @item L
1603 @samp{0xffff}
1604
1605 @item M
1606 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1607
1608 @item N
1609 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1610
1611 @item Z
1612 Constant in range 0 to 0xffffffff or symbolic reference known to fit specified range.
1613 (for using immediates in zero extending 32-bit to 64-bit x86-64 instructions)
1614
1615 @item e
1616 Constant in range -2147483648 to 2147483647 or symbolic reference known to fit specified range.
1617 (for using immediates in 64-bit x86-64 instructions)
1618
1619 @item G
1620 Standard 80387 floating point constant
1621 @end table
1622
1623 @item Intel 960---@file{i960.h}
1624 @table @code
1625 @item f
1626 Floating point register (@code{fp0} to @code{fp3})
1627
1628 @item l
1629 Local register (@code{r0} to @code{r15})
1630
1631 @item b
1632 Global register (@code{g0} to @code{g15})
1633
1634 @item d
1635 Any local or global register
1636
1637 @item I
1638 Integers from 0 to 31
1639
1640 @item J
1641 0
1642
1643 @item K
1644 Integers from -31 to 0
1645
1646 @item G
1647 Floating point 0
1648
1649 @item H
1650 Floating point 1
1651 @end table
1652
1653 @item MIPS---@file{mips.h}
1654 @table @code
1655 @item d
1656 General-purpose integer register
1657
1658 @item f
1659 Floating-point register (if available)
1660
1661 @item h
1662 @samp{Hi} register
1663
1664 @item l
1665 @samp{Lo} register
1666
1667 @item x
1668 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
1669
1670 @item y
1671 General-purpose integer register
1672
1673 @item z
1674 Floating-point status register
1675
1676 @item I
1677 Signed 16-bit constant (for arithmetic instructions)
1678
1679 @item J
1680 Zero
1681
1682 @item K
1683 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
1684
1685 @item L
1686 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
1687
1688 @item M
1689 32-bit constant which requires two instructions to load (a constant
1690 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
1691
1692 @item N
1693 Negative 16-bit constant
1694
1695 @item O
1696 Exact power of two
1697
1698 @item P
1699 Positive 16-bit constant
1700
1701 @item G
1702 Floating point zero
1703
1704 @item Q
1705 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
1706 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1707
1708 @item R
1709 Memory reference that can be loaded with one instruction
1710 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1711
1712 @item S
1713 Memory reference in external OSF/rose PIC format
1714 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1715 @end table
1716
1717 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
1718 @table @code
1719 @item a
1720 Address register
1721
1722 @item d
1723 Data register
1724
1725 @item f
1726 68881 floating-point register, if available
1727
1728 @item x
1729 Sun FPA (floating-point) register, if available
1730
1731 @item y
1732 First 16 Sun FPA registers, if available
1733
1734 @item I
1735 Integer in the range 1 to 8
1736
1737 @item J
1738 16-bit signed number
1739
1740 @item K
1741 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
1742
1743 @item L
1744 Integer in the range -8 to -1
1745
1746 @item M
1747 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
1748
1749 @item G
1750 Floating point constant that is not a 68881 constant
1751
1752 @item H
1753 Floating point constant that can be used by Sun FPA
1754 @end table
1755
1756 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{m68hc11.h}
1757 @table @code
1758 @item a
1759 Register 'a'
1760
1761 @item b
1762 Register 'b'
1763
1764 @item d
1765 Register 'd'
1766
1767 @item q
1768 An 8-bit register
1769
1770 @item t
1771 Temporary soft register _.tmp
1772
1773 @item u
1774 A soft register _.d1 to _.d31
1775
1776 @item w
1777 Stack pointer register
1778
1779 @item x
1780 Register 'x'
1781
1782 @item y
1783 Register 'y'
1784
1785 @item z
1786 Pseudo register 'z' (replaced by 'x' or 'y' at the end)
1787
1788 @item A
1789 An address register: x, y or z
1790
1791 @item B
1792 An address register: x or y
1793
1794 @item D
1795 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
1796
1797 @item L
1798 Constants in the range -65536 to 65535
1799
1800 @item M
1801 Constants whose 16-bit low part is zero
1802
1803 @item N
1804 Constant integer 1 or -1
1805
1806 @item O
1807 Constant integer 16
1808
1809 @item P
1810 Constants in the range -8 to 2
1811
1812 @end table
1813
1814 @need 1000
1815 @item SPARC---@file{sparc.h}
1816 @table @code
1817 @item f
1818 Floating-point register that can hold 32- or 64-bit values.
1819
1820 @item e
1821 Floating-point register that can hold 64- or 128-bit values.
1822
1823 @item I
1824 Signed 13-bit constant
1825
1826 @item J
1827 Zero
1828
1829 @item K
1830 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
1831 loaded with the @code{sethi} instruction)
1832
1833 @item G
1834 Floating-point zero
1835
1836 @item H
1837 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
1838
1839 @item Q
1840 Floating-point constant whose integral representation can
1841 be moved into an integer register using a single sethi
1842 instruction
1843
1844 @item R
1845 Floating-point constant whose integral representation can
1846 be moved into an integer register using a single mov
1847 instruction
1848
1849 @item S
1850 Floating-point constant whose integral representation can
1851 be moved into an integer register using a high/lo_sum
1852 instruction sequence
1853
1854 @item T
1855 Memory address aligned to an 8-byte boundary
1856
1857 @item U
1858 Even register
1859
1860 @end table
1861
1862 @item TMS320C3x/C4x---@file{c4x.h}
1863 @table @code
1864 @item a
1865 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
1866
1867 @item b
1868 Stack pointer register (sp)
1869
1870 @item c
1871 Standard (32-bit) precision integer register
1872
1873 @item f
1874 Extended (40-bit) precision register (r0-r11)
1875
1876 @item k
1877 Block count register (bk)
1878
1879 @item q
1880 Extended (40-bit) precision low register (r0-r7)
1881
1882 @item t
1883 Extended (40-bit) precision register (r0-r1)
1884
1885 @item u
1886 Extended (40-bit) precision register (r2-r3)
1887
1888 @item v
1889 Repeat count register (rc)
1890
1891 @item x
1892 Index register (ir0-ir1)
1893
1894 @item y
1895 Status (condition code) register (st)
1896
1897 @item z
1898 Data page register (dp)
1899
1900 @item G
1901 Floating-point zero
1902
1903 @item H
1904 Immediate 16-bit floating-point constant
1905
1906 @item I
1907 Signed 16-bit constant
1908
1909 @item J
1910 Signed 8-bit constant
1911
1912 @item K
1913 Signed 5-bit constant
1914
1915 @item L
1916 Unsigned 16-bit constant
1917
1918 @item M
1919 Unsigned 8-bit constant
1920
1921 @item N
1922 Ones complement of unsigned 16-bit constant
1923
1924 @item O
1925 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero)
1926
1927 @item Q
1928 Indirect memory reference with signed 8-bit or index register displacement 
1929
1930 @item R
1931 Indirect memory reference with unsigned 5-bit displacement
1932
1933 @item S
1934 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement 
1935
1936 @item T
1937 Direct memory reference
1938
1939 @item U
1940 Symbolic address
1941
1942 @end table
1943 @end table
1944
1945 @ifset INTERNALS
1946 @node Standard Names
1947 @section Standard Pattern Names For Generation
1948 @cindex standard pattern names
1949 @cindex pattern names
1950 @cindex names, pattern
1951
1952 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
1953 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
1954 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
1955 pattern to accomplish a certain task.
1956
1957 @table @asis
1958 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
1959 @item @samp{mov@var{m}}
1960 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lower case.
1961 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
1962 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
1963
1964 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
1965 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
1966 to store the specified value in the part of the register that corresponds
1967 to mode @var{m}.  The effect on the rest of the register is undefined.
1968
1969 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
1970 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
1971 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
1972 If there are patterns accepting operands in larger modes,
1973 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
1974
1975 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
1976 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
1977 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
1978 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
1979 into a register.
1980
1981 @findex force_reg
1982 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
1983 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
1984 registers other than the operands.  For example, if you support the
1985 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
1986 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
1987 function which might generate new pseudo registers.
1988
1989 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
1990 fetching those modes from memory normally requires several insns and
1991 some temporary registers.
1992
1993 @findex change_address
1994 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
1995 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
1996 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
1997 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
1998 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
1999 an address into a valid address and no routine (such as
2000 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
2001 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
2002
2003 @findex reload_in_progress
2004 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
2005 declared if required) can be used to determine whether such special
2006 handling is required.
2007
2008 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
2009 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
2010 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
2011 machines explicit memory references will get optional reloads.
2012
2013 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
2014 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
2015
2016 If there are cases needing
2017 scratch registers after reload, you must define
2018 @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and perhaps also
2019 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
2020 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
2021 them.  @xref{Register Classes}.
2022
2023 @findex no_new_pseudos
2024 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
2025 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
2026 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
2027
2028 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
2029 register to any other hard register provided that
2030 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
2031 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
2032
2033 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
2034 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
2035 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
2036 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
2037 point members.
2038
2039 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
2040 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
2041 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
2042 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
2043 floating point registers, then the constraints of the fixed point
2044 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
2045 reload into a floating point register.
2046
2047 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
2048 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
2049 @item @samp{reload_in@var{m}}
2050 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
2051 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
2052 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
2053 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
2054 macro in @pxref{Register Classes}.
2055
2056 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
2057 @item @samp{movstrict@var{m}}
2058 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
2059 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
2060 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
2061 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
2062
2063 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
2064 @item @samp{load_multiple}
2065 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
2066 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
2067 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
2068 number of consecutive registers.
2069
2070 Define this only if the target machine really has such an instruction;
2071 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
2072 registers from memory is to do them one at a time.
2073
2074 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
2075 registers can be stored into memory, such as particular starting or
2076 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
2077 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
2078 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
2079
2080 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
2081 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
2082 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
2083 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
2084 @file{a29k.md} and @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn
2085 pattern.
2086
2087 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
2088 @item @samp{store_multiple}
2089 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
2090 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
2091 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
2092 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
2093
2094 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
2095 @item @samp{add@var{m}3}
2096 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
2097 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
2098 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
2099
2100 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
2101 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
2102 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
2103 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
2104 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
2105 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
2106 @cindex @code{smin@var{m}3} instruction pattern
2107 @cindex @code{smax@var{m}3} instruction pattern
2108 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
2109 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
2110 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
2111 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
2112 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
2113 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
2114 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}, @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
2115 @itemx @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}, @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
2116 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
2117 Similar, for other arithmetic operations.
2118 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
2119 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
2120 @itemx @samp{min@var{m}3}, @samp{max@var{m}3}
2121 Floating point min and max operations.  If both operands are zeros,
2122 or if either operand is NaN, then it is unspecified which of the two
2123 operands is returned as the result.
2124
2125
2126 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
2127 @item @samp{mulhisi3}
2128 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
2129 a @code{SImode} product in operand 0.
2130
2131 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
2132 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
2133 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
2134 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
2135
2136 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
2137 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
2138 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
2139 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
2140 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
2141 multiplication.
2142
2143 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2144 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
2145 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
2146 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
2147 The least significant half of the product is discarded.
2148
2149 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2150 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
2151 Similar, but the multiplication is unsigned.
2152
2153 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
2154 @item @samp{divmod@var{m}4}
2155 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
2156 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
2157 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
2158
2159 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
2160 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
2161 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
2162 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
2163 and remainder are computed.
2164
2165 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
2166 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
2167 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
2168 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
2169 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
2170
2171 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
2172 @item @samp{udivmod@var{m}4}
2173 Similar, but does unsigned division.
2174
2175 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
2176 @item @samp{ashl@var{m}3}
2177 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
2178 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
2179 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
2180 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
2181 mode before generating the instruction.
2182
2183 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
2184 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
2185 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
2186 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
2187 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
2188 Other shift and rotate instructions, analogous to the
2189 @code{ashl@var{m}3} instructions.
2190
2191 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
2192 @item @samp{neg@var{m}2}
2193 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
2194
2195 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
2196 @item @samp{abs@var{m}2}
2197 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
2198
2199 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
2200 @item @samp{sqrt@var{m}2}
2201 Store the square root of operand 1 into operand 0.
2202
2203 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
2204 corresponds to the C data type @code{double}.
2205
2206 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
2207 @item @samp{ffs@var{m}2}
2208 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
2209 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
2210 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
2211 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
2212 generating the instruction.
2213
2214 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
2215 corresponds to the C data type @code{int}.
2216
2217 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
2218 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
2219 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
2220
2221 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
2222 @item @samp{cmp@var{m}}
2223 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
2224 The RTL pattern should look like this:
2225
2226 @smallexample
2227 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2228                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
2229 @end smallexample
2230
2231 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
2232 @item @samp{tst@var{m}}
2233 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
2234 The RTL pattern should look like this:
2235
2236 @smallexample
2237 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
2238 @end smallexample
2239
2240 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
2241 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
2242 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
2243 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
2244
2245 @cindex @code{movstr@var{m}} instruction pattern
2246 @item @samp{movstr@var{m}}
2247 Block move instruction.  The addresses of the destination and source
2248 strings are the first two operands, and both are in mode @code{Pmode}.
2249
2250 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
2251 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
2252 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
2253 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
2254 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
2255 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
2256 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
2257
2258 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
2259 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
2260 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
2261 it may provide the value 4 for this operand.
2262
2263 Descriptions of multiple @code{movstr@var{m}} patterns can only be
2264 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
2265 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
2266 in @code{movstr@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
2267 individually moved data units in the block.
2268
2269 These patterns need not give special consideration to the possibility
2270 that the source and destination strings might overlap.
2271
2272 @cindex @code{clrstr@var{m}} instruction pattern
2273 @item @samp{clrstr@var{m}}
2274 Block clear instruction.  The addresses of the destination string is the
2275 first operand, in mode @code{Pmode}.  The number of bytes to clear is
2276 the second operand, in mode @var{m}.  See @samp{movstr@var{m}} for
2277 a discussion of the choice of mode.
2278
2279 The third operand is the known alignment of the destination, in the form
2280 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
2281 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
2282 operand.
2283
2284 The use for multiple @code{clrstr@var{m}} is as for @code{movstr@var{m}}.
2285
2286 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
2287 @item @samp{cmpstr@var{m}}
2288 Block compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
2289 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
2290 of @samp{movstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
2291 byte by byte in lexicographic order.  The effect of the instruction is
2292 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
2293 comparison.
2294
2295 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
2296 @item @samp{strlen@var{m}}
2297 Compute the length of a string, with three operands.
2298 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
2299 a @code{mem} referring to the first character of the string,
2300 operand 2 is the character to search for (normally zero),
2301 and operand 3 is a constant describing the known alignment
2302 of the beginning of the string.
2303
2304 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
2305 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
2306 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
2307 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2308 @var{n}).
2309
2310 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
2311 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
2312 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
2313 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2314 @var{n}).
2315
2316 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
2317 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
2318 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2319 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
2320 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
2321 the value of operand 1 is an integer.
2322
2323 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
2324 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
2325 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2326 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
2327 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
2328 value of operand 1 is an integer.
2329
2330 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
2331 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
2332 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
2333 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
2334 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
2335
2336 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2337 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
2338 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
2339 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2340
2341 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2342 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
2343 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
2344 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2345
2346 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
2347 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
2348 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2349 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2350 point or both floating point.
2351
2352 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
2353 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
2354 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2355 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2356 point or both floating point.
2357
2358 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
2359 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
2360 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2361 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2362 point.
2363
2364 @cindex @code{extv} instruction pattern
2365 @item @samp{extv}
2366 Extract a bit field from operand 1 (a register or memory operand), where
2367 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
2368 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
2369 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
2370 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
2371 be valid for @code{word_mode}.
2372
2373 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2374 for operands 2 and 3.
2375
2376 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
2377 before it is stored in operand 0.
2378
2379 @cindex @code{extzv} instruction pattern
2380 @item @samp{extzv}
2381 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
2382
2383 @cindex @code{insv} instruction pattern
2384 @item @samp{insv}
2385 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a bit
2386 field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
2387 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
2388 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
2389 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
2390
2391 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2392 for operands 1 and 2.
2393
2394 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
2395 @item @samp{mov@var{mode}cc}
2396 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
2397 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
2398 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
2399
2400 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
2401 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
2402 conditionally move an integer value based on the floating point condition
2403 codes and vice versa.
2404
2405 If the machine does not have conditional move instructions, do not
2406 define these patterns.
2407
2408 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
2409 @item @samp{s@var{cond}}
2410 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
2411 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
2412 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
2413 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
2414
2415 You specify the mode that the operand must have when you write the
2416 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
2417 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
2418
2419 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
2420 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
2421 you should omit it from the machine description.  You describe to the
2422 compiler exactly which value is stored by defining the macro
2423 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
2424 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
2425 should omit those operations from the machine description.
2426
2427 These operations may fail, but should do so only in relatively
2428 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
2429 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
2430
2431 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
2432 that copies the constant one to the target and branches around an
2433 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
2434 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
2435 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
2436 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
2437 the machine description.
2438
2439 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
2440 @item @samp{b@var{cond}}
2441 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
2442 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
2443 condition @var{cond}.
2444
2445 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
2446 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
2447 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
2448 simply store the operands away and generate all the required insns in a
2449 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
2450 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
2451 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
2452 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
2453
2454 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
2455 where the mode used for the comparison depends on the condition being
2456 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
2457
2458 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
2459 @samp{s@var{cond}} patterns.
2460
2461 @cindex @code{jump} instruction pattern
2462 @item @samp{jump}
2463 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
2464 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
2465 on all machines.
2466
2467 @cindex @code{call} instruction pattern
2468 @item @samp{call}
2469 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
2470 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
2471 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
2472 operands.
2473
2474 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
2475 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
2476 to put this information into the assembler code; they can put it in
2477 the RTL instead of operand 1.
2478
2479 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
2480 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
2481 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
2482 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
2483 instruction, the pattern for this operation should be a
2484 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
2485 address into a register and uses that register in the call instruction.
2486
2487 @cindex @code{call_value} instruction pattern
2488 @item @samp{call_value}
2489 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
2490 register in which the value is returned.  There are three more
2491 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
2492 instruction (but with numbers increased by one).
2493
2494 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
2495 insn.
2496
2497 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
2498 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
2499 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
2500 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
2501 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is non-zero.  They should emit a @code{parallel}
2502 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
2503 adjustment made to the frame pointer.
2504
2505 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be non-zero, the use of these
2506 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
2507 can be eliminated, if desired.
2508
2509 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
2510 @item @samp{untyped_call}
2511 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
2512 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
2513 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
2514 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2515 the saving of a function return value into the result block.
2516
2517 This instruction pattern should be defined to support
2518 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
2519 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
2520 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
2521 multiple registers that can hold a return value (i.e.
2522 @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
2523
2524 @cindex @code{return} instruction pattern
2525 @item @samp{return}
2526 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
2527 defined only if a single instruction can do all the work of returning
2528 from a function.
2529
2530 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
2531 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
2532 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
2533 some class of functions only requires one instruction to implement a
2534 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
2535 to save any registers or allocate stack space.
2536
2537 @findex reload_completed
2538 @findex leaf_function_p
2539 For such machines, the condition specified in this pattern should only
2540 be true when @code{reload_completed} is non-zero and the function's
2541 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
2542 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
2543 a register window push is required.
2544
2545 Machines that have conditional return instructions should define patterns
2546 such as
2547
2548 @smallexample
2549 (define_insn ""
2550   [(set (pc)
2551         (if_then_else (match_operator
2552                          0 "comparison_operator"
2553                          [(cc0) (const_int 0)])
2554                       (return)
2555                       (pc)))]
2556   "@var{condition}"
2557   "@dots{}")
2558 @end smallexample
2559
2560 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
2561 named @samp{return} pattern.
2562
2563 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
2564 @item @samp{untyped_return}
2565 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
2566 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
2567 instructions are needed to return a value of any type.
2568
2569 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
2570 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
2571 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2572 the restoring of a function return value from the result block.
2573
2574 @cindex @code{nop} instruction pattern
2575 @item @samp{nop}
2576 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
2577 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
2578 RTL pattern.
2579
2580 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
2581 @item @samp{indirect_jump}
2582 An instruction to jump to an address which is operand zero.
2583 This pattern name is mandatory on all machines.
2584
2585 @cindex @code{casesi} instruction pattern
2586 @item @samp{casesi}
2587 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
2588 This instruction takes five operands:
2589
2590 @enumerate
2591 @item
2592 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
2593
2594 @item
2595 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
2596
2597 @item
2598 The total range of indices in the table---the largest index
2599 minus the smallest one (both inclusive).
2600
2601 @item
2602 A label that precedes the table itself.
2603
2604 @item
2605 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
2606 (If the machine-description macro @code{CASE_DROPS_THROUGH} is defined,
2607 then an out-of-bounds index drops through to the code following
2608 the jump table instead of jumping to this label.  In that case,
2609 this label is not actually used by the @samp{casesi} instruction,
2610 but it is always provided as an operand.)
2611 @end enumerate
2612
2613 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
2614 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
2615 difference between the upper bound and the lower bound.
2616
2617 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
2618 @item @samp{tablejump}
2619 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
2620 capability which can be used to implement a dispatch table when there
2621 is no @samp{casesi} pattern.
2622
2623 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
2624 which should immediately precede the jump table.  If the macro
2625 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
2626 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
2627 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
2628 mode @code{Pmode}.
2629
2630 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
2631 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
2632 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
2633 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
2634
2635
2636 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
2637 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
2638 Conditional branch instruction that decrements a register and
2639 jumps if the register is non-zero.  Operand 0 is the register to
2640 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
2641 register is non-zero.  @xref{Looping Patterns}.
2642
2643 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
2644 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
2645 reduction is enabled.
2646
2647 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
2648 @item @samp{doloop_end}
2649 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
2650 the register is non-zero.  This instruction takes five operands: Operand
2651 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
2652 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
2653 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
2654 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
2655 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
2656 1); operand 4 is the label to jump to if the register is non-zero.
2657 @xref{Looping Patterns}.
2658
2659 This optional instruction pattern should be defined for machines with
2660 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
2661 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
2662 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
2663 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
2664 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
2665 too large for this instruction, make it fail.
2666
2667 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
2668 @item @samp{doloop_begin}
2669 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
2670 need to perform some initialisation, such as loading special registers
2671 used by a low-overhead looping instruction.  If initialisation insns do
2672 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
2673 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
2674
2675
2676 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
2677 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
2678 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
2679 into operand 0.
2680
2681 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
2682 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
2683 and also has mode @code{Pmode}.
2684
2685 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
2686 the address of the function which would be called if the function
2687 pointer were used in an indirect call.
2688
2689 Only define this pattern if function pointers on the target machine
2690 can have different values but still call the same function when
2691 used in an indirect call.
2692
2693 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
2694 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
2695 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
2696 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
2697 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
2698 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
2699 @item @samp{save_stack_block}
2700 @itemx @samp{save_stack_function}
2701 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
2702 @itemx @samp{restore_stack_block}
2703 @itemx @samp{restore_stack_function}
2704 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
2705 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
2706 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
2707 such machines.
2708
2709 Some machines require special handling for stack pointer saves and
2710 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
2711 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
2712 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
2713 saves and restores are:
2714
2715 @enumerate
2716 @item
2717 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
2718 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
2719 restores the stack pointer when the block is exited.
2720
2721 @item
2722 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
2723 similar job for the outermost block of a function and are used when the
2724 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
2725 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
2726 restore sequence on some machines.
2727
2728 @item
2729 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
2730 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
2731 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
2732 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
2733 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
2734 and restoring additional data such as register window information or
2735 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
2736 such required data.
2737 @end enumerate
2738
2739 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
2740 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
2741 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
2742 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
2743 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
2744 for a particular type of save (either because no save is needed or
2745 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
2746 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
2747 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
2748 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
2749
2750 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
2751 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
2752 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
2753
2754 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
2755 @item @samp{allocate_stack}
2756 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
2757 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
2758
2759 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
2760 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
2761 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
2762 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
2763 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
2764 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
2765 stack is free.
2766
2767 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
2768 Some machines require other operations such as stack probes or
2769 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
2770 operations in addition to updating the stack pointer.
2771
2772 @cindex @code{probe} instruction pattern
2773 @item @samp{probe}
2774 Some machines require instructions to be executed after space is
2775 allocated from the stack, for example to generate a reference at
2776 the bottom of the stack.
2777
2778 If you need to emit instructions before the stack has been adjusted,
2779 put them into the @samp{allocate_stack} pattern.  Otherwise, define
2780 this pattern to emit the required instructions.
2781
2782 No operands are provided.
2783
2784 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
2785 @item @samp{check_stack}
2786 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
2787 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
2788 to perform the needed check and signaling an error if the stack
2789 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
2790 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
2791 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
2792 limit from a global or thread-specific variable or register.
2793
2794 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
2795 @item @samp{nonlocal_goto}
2796 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
2797 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
2798 each representing a value to be used in the jump.  The first
2799 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
2800 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
2801 the third is the address of a location where the stack is saved,
2802 and the last is the address of the label, to be placed in the
2803 location for the incoming static chain.
2804
2805 On most machines you need not define this pattern, since GNU CC will
2806 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
2807 and static chain, restore the stack (using the
2808 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
2809 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
2810 not work on your machine.
2811
2812 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
2813 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
2814 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
2815 nonlocal goto after the code already generated by GNU CC.  You will not
2816 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
2817 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
2818 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
2819 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
2820 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
2821 There are no arguments.
2822
2823 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
2824 @item @samp{exception_receiver}
2825 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
2826 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
2827 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
2828 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
2829 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
2830 an exception.  There are no arguments.
2831
2832 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
2833 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
2834 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
2835 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
2836 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
2837 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
2838 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
2839 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
2840 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
2841 the first three are normally used by the generic mechanism.
2842
2843 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
2844 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
2845 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
2846 builtin setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
2847 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
2848 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
2849 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
2850 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
2851 at a small offset from that label.
2852
2853 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
2854 @item @samp{builtin_longjmp}
2855 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
2856 You will not normally need to define this pattern unless you also define
2857 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
2858 @code{jmp_buf}.
2859
2860 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
2861 @item @samp{eh_return}
2862 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
2863 and thence the call frame exception handling library routines, are
2864 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
2865 the abnormal return path.
2866
2867 The pattern takes two arguments.  The first is an offset to be applied
2868 to the stack pointer.  It will have been copied to some appropriate
2869 location (typically @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX}) which will survive
2870 until after reload to when the normal epilogue is generated. 
2871 The second argument is the address of the exception handler to which
2872 the function should return.  This will normally need to copied by the
2873 pattern to some special register or memory location.
2874
2875 This pattern only needs to be defined if call frame exception handling
2876 is to be used, and simple moves to @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX} and
2877 @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX} are not sufficient.
2878
2879 @cindex @code{prologue} instruction pattern
2880 @item @samp{prologue}
2881 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
2882 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
2883 pointer register, saving callee saved registers, etc.
2884
2885 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
2886 @code{FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
2887
2888 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
2889 instruction scheduling.
2890
2891 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
2892 @item @samp{epilogue}
2893 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function.  The function
2894 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
2895 registers and emitting the return instruction.
2896
2897 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
2898 @code{FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the prologue.
2899
2900 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
2901 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
2902
2903 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
2904 @item @samp{sibcall_epilogue}
2905 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
2906 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
2907 sibling call (aka tail call) sites.
2908
2909 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
2910 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
2911 function.  
2912
2913 @cindex @code{trap} instruction pattern
2914 @item @samp{trap}
2915 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
2916 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
2917 frontend to signal `invalid array index' exceptions.
2918
2919 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
2920 @item @samp{conditional_trap}
2921 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
2922 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
2923
2924 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
2925
2926 @smallexample
2927 (define_insn "conditional_trap"
2928   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator" 
2929              [(cc0) (const_int 0)])
2930             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
2931   ""
2932   "@dots{}")
2933 @end smallexample
2934
2935 @cindex @code{cycle_display} instruction pattern
2936 @item @samp{cycle_display}
2937
2938 This pattern, if present, will be emitted by the instruction scheduler at
2939 the beginning of each new clock cycle.  This can be used for annotating the
2940 assembler output with cycle counts.  Operand 0 is a @code{const_int} that
2941 holds the clock cycle.
2942
2943 @end table
2944
2945 @node Pattern Ordering
2946 @section When the Order of Patterns Matters
2947 @cindex Pattern Ordering
2948 @cindex Ordering of Patterns
2949
2950 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
2951 pattern that appears first in the machine description is the one used.
2952 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
2953 and faster instructions (those that will produce better code when they
2954 do match) should usually go first in the description.
2955
2956 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
2957 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
2958 instruction for converting a fullword to floating point and another
2959 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
2960 an integer to floating point could match either one.  We put the
2961 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
2962 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
2963 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
2964 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
2965 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
2966 constant value.
2967
2968 @node Dependent Patterns
2969 @section Interdependence of Patterns
2970 @cindex Dependent Patterns
2971 @cindex Interdependence of Patterns
2972
2973 Every machine description must have a named pattern for each of the
2974 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
2975 must always have the form
2976
2977 @example
2978 (set (pc)
2979      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
2980                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
2981                    (pc)))
2982 @end example
2983
2984 @noindent
2985 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
2986 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
2987 look like
2988
2989 @example
2990 (set (pc)
2991      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
2992                    (pc)
2993                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
2994 @end example
2995
2996 @noindent
2997 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
2998 branches into reverse-conditional branches.
2999
3000 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
3001 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
3002 example,
3003
3004 @example
3005 (define_insn ""
3006   [(set (pc)
3007         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
3008                                       [(cc0) (const_int 0)])
3009                       (pc)
3010                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
3011   "@var{condition}"
3012   "@dots{}")
3013 @end example
3014
3015 In some cases machines support instructions identical except for the
3016 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
3017 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
3018 patterns are
3019
3020 @example
3021 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3022      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
3023
3024 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3025      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
3026 @end example
3027
3028 @noindent
3029 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
3030 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
3031 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
3032 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
3033 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
3034 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
3035
3036 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
3037 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
3038 compilations.
3039
3040 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
3041 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
3042 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
3043 you should not provide separate patterns for increment and decrement
3044 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
3045 that supports register-register add insns by examining the operands and
3046 generating the appropriate machine instruction.
3047
3048 @node Jump Patterns
3049 @section Defining Jump Instruction Patterns
3050 @cindex jump instruction patterns
3051 @cindex defining jump instruction patterns
3052
3053 For most machines, GNU CC assumes that the machine has a condition code.
3054 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
3055 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
3056 insn tests the condition code and branches or not according its value.
3057 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
3058 common machines, such as the Vax, the 68000 and the 32000, work this
3059 way.
3060
3061 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
3062 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
3063 these machines is to treat them just like the others until the final stage
3064 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
3065 compare instruction, peek ahead at the following branch using
3066 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
3067 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
3068 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
3069 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
3070 can treat signed and unsigned branches identically.
3071
3072 The reason you can do this is that GNU CC always generates a pair of
3073 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
3074 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
3075 until the end.
3076
3077 To go with this technique, you must define the machine-description macro
3078 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
3079 compare instruction is superfluous.
3080
3081 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
3082 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
3083 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
3084 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
3085 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
3086
3087 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
3088 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
3089 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
3090 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
3091 above in addition to any special patterns you define.
3092
3093 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
3094 code and there may not even be a separate condition code register.  On
3095 these machines, the restriction that the definition and use of the
3096 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
3097 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
3098 delay for taken branches unless the condition code register is set three
3099 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
3100 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
3101 separate the definition and use of the condition code register.
3102
3103 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
3104 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
3105 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
3106 comparison result can be placed in any general register, or if there are
3107 multiple condition registers, use a pseudo register.
3108
3109 @findex prev_cc0_setter
3110 @findex next_cc0_user
3111 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
3112 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
3113 Sparc, setting the condition code directly from an add or subtract
3114 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
3115 instruction does, so a different branch instruction must be used for
3116 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
3117 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
3118 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
3119 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
3120 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
3121 and @code{next_cc0_user}.
3122
3123 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
3124 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
3125 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
3126 we use the machine mode of the condition code register to record
3127 different formats of the condition code register.
3128
3129 Registers used to store the condition code value should have a mode that
3130 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
3131 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
3132 the Sparc), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
3133 additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
3134 @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
3135
3136 If it is known during RTL generation that a different mode will be
3137 required (for example, if the machine has separate compare instructions
3138 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
3139 be specified at that time.
3140
3141 If the cases that require different modes would be made by instruction
3142 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
3143 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
3144 written using that mode.  To support the case of the add on the Sparc
3145 discussed above, we have the pattern
3146
3147 @smallexample
3148 (define_insn ""
3149   [(set (reg:CC_NOOV 0)
3150         (compare:CC_NOOV
3151           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
3152                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
3153           (const_int 0)))]
3154   ""
3155   "@dots{}")
3156 @end smallexample
3157
3158 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the Sparc returns @code{CC_NOOVmode}
3159 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
3160
3161 @node Looping Patterns
3162 @section Defining Looping Instruction Patterns
3163 @cindex looping instruction patterns
3164 @cindex defining looping instruction patterns
3165
3166 Some machines have special jump instructions that can be utilised to
3167 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
3168 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
3169 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
3170 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
3171 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
3172 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
3173 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
3174 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
3175 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls asociated with
3176 the jump.
3177
3178 GNU CC has three special named patterns to support low overhead looping,
3179 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin}, and
3180 @samp{doloop_end}.  The first pattern,
3181 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
3182 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
3183 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
3184 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
3185 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
3186 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
3187 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
3188 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
3189 following for its @code{dbra} instruction:
3190
3191 @smallexample
3192 @group
3193 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3194   [(set (pc)
3195         (if_then_else
3196           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3197                        (const_int -1))
3198               (const_int 0))
3199           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3200           (pc)))
3201    (set (match_dup 0)
3202         (plus:SI (match_dup 0)
3203                  (const_int -1)))]
3204   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3205   "...")
3206 @end group
3207 @end smallexample
3208
3209 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
3210 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
3211 since this insn is generated by the instruction combination phase
3212 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
3213 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
3214 decrement operation, in this case -1.  Note that the following similar
3215 pattern will not be matched by the combiner.
3216
3217 @smallexample
3218 @group
3219 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3220   [(set (pc)
3221         (if_then_else
3222           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3223               (const_int 1))
3224           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3225           (pc)))
3226    (set (match_dup 0)
3227         (plus:SI (match_dup 0)
3228                  (const_int -1)))]
3229   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3230   "...")
3231 @end group
3232 @end smallexample
3233
3234 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
3235 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimiser for certain
3236 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
3237 information collected during strength reduction.  
3238
3239 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
3240 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
3241 is an optional companion pattern that can be used for initialisation
3242 needed for some low-overhead looping instructions.
3243
3244 Note that some machines require the actual looping instruction to be
3245 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
3246 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
3247 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
3248 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
3249 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
3250 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
3251 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
3252 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
3253 desired special iteration counter register was not allocated, this
3254 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
3255 instruction pair.
3256
3257 The essential difference between the
3258 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
3259 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
3260 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
3261 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
3262 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
3263 may become redundant and removed by the flow pass.
3264
3265
3266 @node Insn Canonicalizations
3267 @section Canonicalization of Instructions
3268 @cindex canonicalization of instructions
3269 @cindex insn canonicalization
3270
3271 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
3272 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
3273 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
3274 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
3275 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
3276 number of insn patterns required.
3277
3278 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
3279 are performed:
3280
3281 @itemize @bullet
3282 @item
3283 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
3284 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
3285 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
3286 be supplied.
3287
3288 @cindex @code{neg}, canonicalization of
3289 @cindex @code{not}, canonicalization of
3290 @cindex @code{mult}, canonicalization of
3291 @cindex @code{plus}, canonicalization of
3292 @cindex @code{minus}, canonicalization of
3293 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
3294 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
3295 first operand.
3296
3297 @cindex @code{compare}, canonicalization of
3298 @item
3299 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
3300 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
3301 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
3302 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
3303 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
3304 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
3305 such an instruction.
3306
3307 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
3308 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
3309 above.
3310
3311 @item
3312 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
3313 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
3314
3315 @item
3316 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
3317 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
3318
3319 @cindex @code{ior}, canonicalization of
3320 @cindex @code{and}, canonicalization of
3321 @cindex De Morgan's law
3322 @item
3323 De`Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
3324 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
3325 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
3326
3327 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
3328 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
3329 for that instruction as
3330
3331 @example
3332 (define_insn ""
3333   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3334         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3335                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
3336   "@dots{}"
3337   "@dots{}")
3338 @end example
3339
3340 @noindent
3341 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
3342
3343 @example
3344 (define_insn ""
3345   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3346         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3347                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
3348   "@dots{}"
3349   "@dots{}")
3350 @end example
3351
3352 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
3353 logically equivalent RTL expressions.
3354
3355 @cindex @code{xor}, canonicalization of
3356 @item
3357 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
3358 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
3359 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.@refill
3360
3361 @item
3362 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
3363 the form
3364
3365 @example
3366 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
3367 @end example
3368
3369 @item
3370 On machines that do not use @code{cc0},
3371 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
3372 @var{x}.@refill
3373
3374 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
3375 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
3376 @item
3377 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
3378 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
3379 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
3380
3381 @end itemize
3382
3383 @node Expander Definitions
3384 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
3385 @cindex expander definitions
3386 @cindex code generation RTL sequences
3387 @cindex defining RTL sequences for code generation
3388
3389 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
3390 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
3391 represent them.  For these target machines, you can write a
3392 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL.
3393
3394 @findex define_expand
3395 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
3396 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
3397 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
3398
3399 A @code{define_expand} RTX has four operands:
3400
3401 @itemize @bullet
3402 @item
3403 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
3404 use for it is to refer to it by name.
3405
3406 @item
3407 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
3408 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
3409 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
3410
3411 @item
3412 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
3413 used to express how the availability of this pattern depends on
3414 subclasses of target machine, selected by command-line options when GNU
3415 CC is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
3416 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
3417 depend on the data in the insn being matched, but only the
3418 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
3419 during initialization in order to learn exactly which named instructions
3420 are available in a particular run.
3421
3422 @item
3423 The preparation statements, a string containing zero or more C
3424 statements which are to be executed before RTL code is generated from
3425 the RTL template.
3426
3427 Usually these statements prepare temporary registers for use as
3428 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
3429 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
3430 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
3431 @end itemize
3432
3433 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
3434 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
3435 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
3436 it.
3437
3438 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
3439 also describes the operands that need to be specified when this pattern
3440 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
3441
3442 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
3443 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
3444 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
3445 predicate into the tables that record such things.  GNU CC uses the
3446 information to preload the operand into a register if that is required for
3447 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
3448 references should use @code{match_dup}.
3449
3450 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
3451 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
3452 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
3453 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
3454 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
3455 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
3456 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
3457 compute the values and store them into the appropriate elements of
3458 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
3459
3460 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
3461 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
3462 as a statement.
3463
3464 @table @code
3465
3466 @findex DONE
3467 @item DONE
3468 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
3469 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
3470 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
3471 preparation statements; the RTL template will not be generated.
3472
3473 @findex FAIL
3474 @item FAIL
3475 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
3476 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
3477 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
3478
3479 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
3480 shifting, etc.) and bitfield (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
3481 operations.
3482 @end table
3483
3484 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
3485 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
3486 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
3487 insn.
3488
3489 The RTL template is not used for matching, only for generating the
3490 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
3491 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
3492 list of operands, such as this example:
3493
3494 @smallexample
3495 @group
3496 (define_expand "addsi3"
3497   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3498    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
3499    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
3500 @end group
3501 @group
3502   ""
3503   "
3504 @{
3505   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
3506   DONE;
3507 @}")
3508 @end group
3509 @end smallexample
3510
3511 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
3512
3513 @smallexample
3514 @group
3515 (define_expand "ashlsi3"
3516   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3517         (ashift:SI
3518 @end group
3519 @group
3520           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
3521           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
3522   ""
3523   "
3524 @end group
3525 @end smallexample
3526
3527 @smallexample
3528 @group
3529 @{
3530   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
3531       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
3532     FAIL;
3533 @}")
3534 @end group
3535 @end smallexample
3536
3537 @noindent
3538 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
3539 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
3540 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
3541 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
3542 library call).
3543
3544 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
3545 patterns with names, then it would be possible to use a
3546 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
3547 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
3548
3549 @smallexample
3550 (define_expand "zero_extendhisi2"
3551   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
3552         (const_int 0))
3553    (set (strict_low_part
3554           (subreg:HI
3555             (match_dup 0)
3556             0))
3557         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
3558   ""
3559   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
3560 @end smallexample
3561
3562 @noindent
3563 @findex make_safe_from
3564 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
3565 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
3566 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
3567 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
3568 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
3569 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
3570 by emitting another RTL insn.
3571
3572 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
3573 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
3574 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
3575 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
3576 on this machine.  So it must be copied into a register with
3577 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
3578
3579 @smallexample
3580 (define_expand "zero_extendhisi2"
3581   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3582         (and:SI (subreg:SI
3583                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
3584                   0)
3585                 (match_dup 2)))]
3586   ""
3587   "operands[2]
3588      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
3589 @end smallexample
3590
3591 @strong{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
3592 standard binary or unary arithmetic operation or a bitfield operation,
3593 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
3594 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
3595 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
3596 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
3597 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
3598 in the compiler.@refill
3599
3600 @node Insn Splitting
3601 @section Defining How to Split Instructions
3602 @cindex insn splitting
3603 @cindex instruction splitting
3604 @cindex splitting instructions
3605
3606 There are two cases where you should specify how to split a pattern into
3607 multiple insns.  On machines that have instructions requiring delay
3608 slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose output is
3609 not available for multiple cycles (@pxref{Function Units}), the compiler
3610 phases that optimize these cases need to be able to move insns into
3611 one-instruction delay slots.  However, some insns may generate more than one
3612 machine instruction.  These insns cannot be placed into a delay slot.
3613
3614 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
3615 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
3616 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
3617 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
3618 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
3619 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
3620 scheduling.
3621
3622 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
3623 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
3624 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
3625 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
3626 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
3627 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
3628 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
3629 split the addition into two insns is machine-dependent.
3630
3631 @findex define_split
3632 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
3633 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
3634
3635 @smallexample
3636 (define_split
3637   [@var{insn-pattern}]
3638   "@var{condition}"
3639   [@var{new-insn-pattern-1}
3640    @var{new-insn-pattern-2}
3641    @dots{}]
3642   "@var{preparation statements}")
3643 @end smallexample
3644
3645 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
3646 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
3647 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
3648 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
3649 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
3650 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
3651
3652 The @var{preparation statements} are similar to those statements that
3653 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3654 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
3655 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
3656 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
3657 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
3658 must not allocate any space in the stack frame.
3659
3660 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
3661 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
3662 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
3663 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
3664 @code{reload_completed} is non-zero, is known to satisfy the constraints
3665 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
3666 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
3667 @code{reload_completed} is non-zero, must also satisfy the constraints
3668 of those definitions.
3669
3670 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
3671 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
3672 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
3673
3674 @smallexample
3675 (define_split
3676   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
3677         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
3678   ""
3679   [(set (match_dup 0)
3680         (ashift:SI (match_dup 1)
3681                    (const_int 16)))
3682    (set (match_dup 0)
3683         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
3684                      (const_int 16)))]
3685   "
3686 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
3687 @end smallexample
3688
3689 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
3690 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
3691 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
3692 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
3693 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
3694 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
3695 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
3696 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
3697 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
3698 @code{define_split} that will never produce insns that match).
3699
3700 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
3701 @file{rs6000.md}:
3702
3703 @smallexample
3704 (define_split
3705   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
3706         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
3707                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
3708   ""
3709   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
3710    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
3711 "
3712 @{
3713   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
3714   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
3715
3716   if (low & 0x8000)
3717     high++, low |= 0xffff0000;
3718
3719   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
3720   operands[4] = GEN_INT (low);
3721 @}")
3722 @end smallexample
3723
3724 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
3725 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
3726 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
3727 can be substituted into the address of a subsequent operation.
3728
3729 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
3730 an equality comparison of a register and a large constant:
3731
3732 @smallexample
3733 (define_split
3734   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
3735         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
3736                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
3737    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
3738   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
3739    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
3740        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
3741   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
3742    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
3743   "
3744 @{
3745   /* Get the constant we are comparing against, C, and see what it
3746      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
3747      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.  */
3748
3749   int c = INTVAL (operands[2]);
3750   int sextc = (c << 16) >> 16;
3751   int xorv = c ^ sextc;
3752
3753   operands[4] = GEN_INT (xorv);
3754   operands[5] = GEN_INT (sextc);
3755 @}")
3756 @end smallexample
3757
3758 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
3759 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
3760 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
3761 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
3762 are not valid.
3763
3764 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
3765 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
3766 this:
3767
3768 @smallexample
3769 (define_insn_and_split
3770   [@var{insn-pattern}]
3771   "@var{condition}"
3772   "@var{output-template}"
3773   "@var{split-condition}"
3774   [@var{new-insn-pattern-1}
3775    @var{new-insn-pattern-2}
3776    @dots{}]
3777   "@var{preparation statements}"
3778   [@var{insn-attributes}])
3779
3780 @end smallexample
3781
3782 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
3783 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
3784 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
3785 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
3786 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
3787 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
3788 logical "and" of the split condition with the insn condition.  For example,
3789 from i386.md:
3790
3791 @smallexample
3792 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
3793   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
3794      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
3795    (clobber (reg:CC 17))]
3796   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
3797   "#"
3798   "&& reload_completed"
3799   [(parallel [(set (match_dup 0) (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
3800               (clobber (reg:CC 17))])]
3801   ""
3802   [(set_attr "type" "alu1")])
3803
3804 @end smallexample
3805
3806 In this case, the actual split condition will be 
3807 "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed."
3808
3809 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
3810 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
3811 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
3812 having to ensure the two patterns' templates match.
3813
3814 @node Peephole Definitions
3815 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
3816 @cindex peephole optimizer definitions
3817 @cindex defining peephole optimizers
3818
3819 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
3820 definitions of machine-specific peephole optimizations.
3821
3822 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
3823 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
3824 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
3825 though the second one does not appear to use a register computed in the
3826 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
3827 opportunities.
3828
3829 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
3830 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
3831 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
3832 is deprecated.
3833
3834 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
3835 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
3836 but before scheduling, which may result in much better code for 
3837 targets that do scheduling.
3838
3839 @menu
3840 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
3841 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
3842 @end menu
3843
3844 @node define_peephole
3845 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
3846 @findex define_peephole
3847
3848 @need 1000
3849 A definition looks like this:
3850
3851 @smallexample
3852 (define_peephole
3853   [@var{insn-pattern-1}
3854    @var{insn-pattern-2}
3855    @dots{}]
3856   "@var{condition}"
3857   "@var{template}"
3858   "@var{optional insn-attributes}")
3859 @end smallexample
3860
3861 @noindent
3862 The last string operand may be omitted if you are not using any
3863 machine-specific information in this machine description.  If present,
3864 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
3865
3866 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
3867 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
3868 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
3869 the next, and so on.@refill
3870
3871 Each of the insns matched by a peephole must also match a
3872 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
3873 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
3874 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
3875 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
3876 stages.
3877
3878 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
3879 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
3880 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
3881 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
3882 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
3883 other.
3884
3885 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
3886 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
3887 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
3888 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
3889 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
3890
3891 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
3892 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
3893 previously tested.
3894
3895 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
3896 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
3897 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
3898 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
3899 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
3900 patterns.
3901
3902 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
3903 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
3904 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
3905 the operands.
3906
3907 @findex prev_active_insn
3908 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
3909 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
3910 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
3911 to refer to the last of the insns being matched; use
3912 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
3913
3914 @findex dead_or_set_p
3915 When optimizing computations with intermediate results, you can use
3916 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
3917 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
3918 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
3919 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
3920 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
3921 value (from @code{operands[@var{i}]}).@refill
3922
3923 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
3924 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
3925 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
3926 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
3927 used in matching the original sequence of insns.
3928
3929 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
3930 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
3931 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
3932 as the insn pattern to control how the insn is output.
3933
3934 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
3935 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
3936
3937 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
3938
3939 @smallexample
3940 (define_peephole
3941   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
3942    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
3943         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
3944   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
3945   "*
3946 @{
3947   rtx xoperands[2];
3948   xoperands[1] = gen_rtx (REG, SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
3949 #ifdef MOTOROLA
3950   output_asm_insn (\"move.l %1,(sp)\", xoperands);
3951   output_asm_insn (\"move.l %1,-(sp)\", operands);
3952   return \"fmove.d (sp)+,%0\";
3953 #else
3954   output_asm_insn (\"movel %1,sp@@\", xoperands);
3955   output_asm_insn (\"movel %1,sp@@-\", operands);
3956   return \"fmoved sp@@+,%0\";
3957 #endif
3958 @}
3959 ")
3960 @end smallexample
3961
3962 @need 1000
3963 The effect of this optimization is to change
3964
3965 @smallexample
3966 @group
3967 jbsr _foobar
3968 addql #4,sp
3969 movel d1,sp@@-
3970 movel d0,sp@@-
3971 fmoved sp@@+,fp0
3972 @end group
3973 @end smallexample
3974
3975 @noindent
3976 into
3977
3978 @smallexample
3979 @group
3980 jbsr _foobar
3981 movel d1,sp@@
3982 movel d0,sp@@-
3983 fmoved sp@@+,fp0
3984 @end group
3985 @end smallexample
3986
3987 @ignore
3988 @findex CC_REVERSED
3989 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
3990 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
3991 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
3992 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
3993 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
3994 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
3995 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
3996 and in this C code check the condition code status flags and change the
3997 assembler code as appropriate.
3998 @end ignore
3999
4000 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
4001 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
4002 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
4003 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
4004 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
4005 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
4006 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
4007 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
4008 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
4009
4010 @smallexample
4011 (define_insn "divmodsi4"
4012   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
4013         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
4014                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
4015    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4016         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
4017   "TARGET_68020"
4018   "divsl%.l %2,%3:%0")
4019 @end smallexample
4020
4021 @noindent
4022 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
4023
4024 @smallexample
4025 (define_peephole
4026   [@dots{}
4027    (parallel
4028     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
4029           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
4030                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
4031      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4032           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
4033    @dots{}]
4034   @dots{})
4035 @end smallexample
4036
4037 @node define_peephole2
4038 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
4039 @findex define_peephole2
4040
4041 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
4042 substitute one sequence of instructions for another sequence, 
4043 what additional scratch registers may be needed and what their
4044 lifetimes must be.
4045
4046 @smallexample
4047 (define_peephole2
4048   [@var{insn-pattern-1}
4049    @var{insn-pattern-2}
4050    @dots{}]
4051   "@var{condition}"
4052   [@var{new-insn-pattern-1}
4053    @var{new-insn-pattern-2}
4054    @dots{}]
4055   "@var{preparation statements}")
4056 @end smallexample
4057
4058 The definition is almost identical to @code{define_split}
4059 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
4060 single instruction, but a sequence of instructions.
4061
4062 It is possible to request additional scratch registers for use in the
4063 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
4064 will simply not match.
4065
4066 @findex match_scratch
4067 @findex match_dup
4068 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
4069 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
4070 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
4071 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
4072 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
4073 at which the register must be available.
4074
4075 Here is an example from the IA-32 machine description:
4076
4077 @smallexample
4078 (define_peephole2
4079   [(match_scratch:SI 2 "r")
4080    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4081                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
4082                      [(match_dup 0)
4083                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
4084               (clobber (reg:CC 17))])]
4085   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
4086   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
4087    (parallel [(set (match_dup 0)
4088                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
4089               (clobber (reg:CC 17))])]
4090   "")
4091 @end smallexample
4092
4093 @noindent
4094 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
4095 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
4096 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
4097 to be live only at the point just before the arithmetic.
4098
4099 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
4100 so here's a silly made-up example:
4101
4102 @smallexample
4103 (define_peephole2
4104   [(match_scratch:SI 4 "r")
4105    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
4106    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
4107    (match_dup 4)
4108    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
4109   "@var{determine 1 does not overlap 0 and 2}"
4110   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
4111    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
4112    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
4113    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
4114   "")
4115 @end smallexample
4116
4117 @noindent
4118 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
4119 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
4120 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
4121
4122 @node Insn Attributes
4123 @section Instruction Attributes
4124 @cindex insn attributes
4125 @cindex instruction attributes
4126
4127 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
4128 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
4129 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
4130 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
4131 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
4132 to track the condition codes.
4133
4134 @menu
4135 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
4136 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
4137 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
4138 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
4139 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
4140 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
4141 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
4142 * Function Units::      Specifying information for insn scheduling.
4143 @end menu
4144
4145 @node Defining Attributes
4146 @subsection Defining Attributes and their Values
4147 @cindex defining attributes and their values
4148 @cindex attributes, defining
4149
4150 @findex define_attr
4151 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
4152 by the target machine.  It looks like:
4153
4154 @smallexample
4155 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
4156 @end smallexample
4157
4158 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
4159
4160 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
4161 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
4162 indicate that the attribute takes numeric values.
4163
4164 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
4165 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
4166 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
4167 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
4168 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
4169
4170 @findex insn-attr.h
4171 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
4172 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
4173 specified for an attribute, the following are defined:
4174
4175 @itemize @bullet
4176 @item
4177 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
4178
4179 @item
4180 An enumeral class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
4181 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
4182 the attribute name and value are first converted to upper case.
4183
4184 @item
4185 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
4186 returns the attribute value for that insn.
4187 @end itemize
4188
4189 For example, if the following is present in the @file{md} file:
4190
4191 @smallexample
4192 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
4193 @end smallexample
4194
4195 @noindent
4196 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
4197
4198 @smallexample
4199 #define HAVE_ATTR_type
4200 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
4201                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
4202 extern enum attr_type get_attr_type ();
4203 @end smallexample
4204
4205 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
4206 defined and the function to obtain the attribute's value will return
4207 @code{int}.
4208
4209 @node Expressions
4210 @subsection Attribute Expressions
4211 @cindex attribute expressions
4212
4213 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
4214 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
4215 Attribute value expressions must have one of the following forms:
4216
4217 @table @code
4218 @cindex @code{const_int} and attributes
4219 @item (const_int @var{i})
4220 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
4221 must be non-negative.
4222
4223 The value of a numeric attribute can be specified either with a
4224 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
4225 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
4226 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
4227 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
4228
4229 @cindex @code{const_string} and attributes
4230 @item (const_string @var{value})
4231 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
4232 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
4233 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
4234 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
4235 of a @code{define_attr}.@refill
4236
4237 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
4238 must be a string containing a non-negative integer (normally
4239 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
4240 contain one of the valid values for the attribute.
4241
4242 @cindex @code{if_then_else} and attributes
4243 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
4244 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
4245 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
4246 otherwise it is @var{false-value}.
4247
4248 @cindex @code{cond} and attributes
4249 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
4250 The first operand of this expression is a vector containing an even
4251 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
4252 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
4253 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
4254 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
4255 expression is that of the @var{default} expression.
4256 @end table
4257
4258 @var{test} expressions can have one of the following forms:
4259
4260 @table @code
4261 @cindex @code{const_int} and attribute tests
4262 @item (const_int @var{i})
4263 This test is true if @var{i} is non-zero and false otherwise.
4264
4265 @cindex @code{not} and attributes
4266 @cindex @code{ior} and attributes
4267 @cindex @code{and} and attributes
4268 @item (not @var{test})
4269 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
4270 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
4271 These tests are true if the indicated logical function is true.
4272
4273 @cindex @code{match_operand} and attributes
4274 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
4275 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
4276 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
4277 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
4278 @var{pred} returns a non-zero value when passed operand @var{n} and mode
4279 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
4280 string).
4281
4282 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
4283
4284 @cindex @code{le} and attributes
4285 @cindex @code{leu} and attributes
4286 @cindex @code{lt} and attributes
4287 @cindex @code{gt} and attributes
4288 @cindex @code{gtu} and attributes
4289 @cindex @code{ge} and attributes
4290 @cindex @code{geu} and attributes
4291 @cindex @code{ne} and attributes
4292 @cindex @code{eq} and attributes
4293 @cindex @code{plus} and attributes
4294 @cindex @code{minus} and attributes
4295 @cindex @code{mult} and attributes
4296 @cindex @code{div} and attributes
4297 @cindex @code{mod} and attributes
4298 @cindex @code{abs} and attributes
4299 @cindex @code{neg} and attributes
4300 @cindex @code{ashift} and attributes
4301 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
4302 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
4303 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
4304 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
4305 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
4306 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
4307 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
4308 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
4309 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
4310 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
4311 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
4312 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
4313 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
4314 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
4315 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
4316 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
4317 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.@refill
4318
4319 @findex get_attr
4320 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
4321 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
4322 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
4323 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
4324 variable.@refill
4325
4326 @findex eq_attr
4327 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
4328 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
4329
4330 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
4331 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
4332 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
4333 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
4334 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
4335 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
4336 @emph{not} in the specified list.
4337
4338 For example,
4339
4340 @smallexample
4341 (eq_attr "type" "load,store")
4342 @end smallexample
4343
4344 @noindent
4345 is equivalent to
4346
4347 @smallexample
4348 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
4349 @end smallexample
4350
4351 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
4352 value of the compiler variable @code{which_alternative}
4353 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
4354 example,@refill
4355
4356 @smallexample
4357 (eq_attr "alternative" "2,3")
4358 @end smallexample
4359
4360 @noindent
4361 is equivalent to
4362
4363 @smallexample
4364 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
4365      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
4366 @end smallexample
4367
4368 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
4369 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
4370 a particular pattern.  This is by far the most common case.@refill
4371
4372 @findex attr_flag
4373 @item (attr_flag @var{name})
4374 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
4375 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
4376 scheduled.
4377
4378 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
4379 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
4380 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
4381 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
4382 if a conditional branch is expected to be taken.
4383
4384 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
4385 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
4386
4387 This example describes a conditional branch delay slot which
4388 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
4389 for backward branches which are not taken (annul-false).
4390
4391 @smallexample
4392 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
4393   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
4394    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
4395         (attr_flag "forward"))
4396    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
4397         (attr_flag "backward"))])
4398 @end smallexample
4399
4400 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
4401 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4402
4403 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
4404 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4405 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
4406 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4407
4408 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
4409 meaning to other passes of the compiler.
4410
4411 @findex attr
4412 @item (attr @var{name})
4413 The value of another attribute is returned.  This is most useful
4414 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
4415 produce more efficient code for non-numeric attributes.
4416 @end table
4417
4418 @node Tagging Insns
4419 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
4420 @cindex tagging insns
4421 @cindex assigning attribute values to insns
4422
4423 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
4424 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
4425 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
4426 have an optional last argument to specify the values of attributes for
4427 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
4428 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
4429 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
4430 permits the specification of the values for only one or two attributes
4431 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
4432 next section.@refill
4433
4434 The optional last argument of @code{define_insn} and
4435 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
4436 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
4437 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
4438 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
4439 second operand of the @code{set} is an attribute expression
4440 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.@refill
4441
4442 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
4443 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
4444 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
4445 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
4446 each alternative.
4447
4448 @findex set_attr
4449 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
4450 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
4451 specifying a string giving either a single attribute value or a list
4452 of attribute values, one for each alternative.
4453
4454 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
4455 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
4456
4457 @table @code
4458 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
4459 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
4460 or a string containing a comma-separated list giving the values for
4461 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
4462 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
4463
4464 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
4465 which case the attribute will assume its default value for insns matching
4466 that alternative.
4467
4468 @findex set_attr_alternative
4469 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
4470 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
4471 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
4472 tests on the @samp{alternative} attribute.
4473
4474 @findex attr
4475 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
4476 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
4477 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
4478 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
4479 @end table
4480
4481 The following shows three different ways of representing the same
4482 attribute value specification:
4483
4484 @smallexample
4485 (set_attr "type" "load,store,arith")
4486
4487 (set_attr_alternative "type"
4488                       [(const_string "load") (const_string "store")
4489                        (const_string "arith")])
4490
4491 (set (attr "type")
4492      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
4493             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
4494            (const_string "arith")))
4495 @end smallexample
4496
4497 @need 1000
4498 @findex define_asm_attributes
4499 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
4500 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
4501 statement.  It has the form:
4502
4503 @smallexample
4504 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
4505 @end smallexample
4506
4507 @noindent
4508 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
4509 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
4510
4511 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
4512 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
4513
4514 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
4515 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
4516 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
4517 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
4518 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
4519 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
4520 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
4521 of a single machine instruction.
4522
4523 @node Attr Example
4524 @subsection Example of Attribute Specifications
4525 @cindex attribute specifications example
4526 @cindex attribute specifications
4527
4528 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
4529 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
4530 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
4531 value.  This attribute is normally used only to define the default value
4532 for other attributes.  An example will clarify this usage.
4533
4534 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
4535 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
4536 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
4537 operations, floating point operations, and branches.
4538
4539 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
4540 the condition code and will limit ourselves to the following possible
4541 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
4542 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
4543 changed if the item previously set into the condition code has been
4544 modified.
4545
4546 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
4547
4548 @smallexample
4549 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
4550
4551 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
4552              (cond [(eq_attr "type" "load")
4553                         (const_string "change0")
4554                     (eq_attr "type" "store,branch")
4555                         (const_string "unchanged")
4556                     (eq_attr "type" "arith")
4557                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
4558                                       (const_string "set")
4559                                       (const_string "clobber"))]
4560                    (const_string "clobber")))
4561
4562 (define_insn ""
4563   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
4564         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
4565   ""
4566   "@@
4567    move %0,%1
4568    load %0,%1
4569    store %0,%1"
4570   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
4571 @end smallexample
4572
4573 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
4574 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
4575 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
4576 full-word result.
4577
4578 @node Insn Lengths
4579 @subsection Computing the Length of an Insn
4580 @cindex insn lengths, computing
4581 @cindex computing the length of an insn
4582
4583 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
4584 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
4585 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
4586 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @samp{length}
4587 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
4588 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
4589
4590 In the case of the @samp{length} attribute, two additional forms of
4591 arithmetic terms are allowed in test expressions:
4592
4593 @table @code
4594 @cindex @code{match_dup} and attributes
4595 @item (match_dup @var{n})
4596 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
4597 must be a @code{label_ref}.
4598
4599 @cindex @code{pc} and attributes
4600 @item (pc)
4601 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
4602 been more consistent with other usage to make this the address of the
4603 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
4604 current insn is to be computed.
4605 @end table
4606
4607 @cindex @code{addr_vec}, length of
4608 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
4609 For normal insns, the length will be determined by value of the
4610 @samp{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
4611 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
4612 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
4613
4614 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
4615
4616 The following macros can be used to refine the length computation:
4617
4618 @table @code
4619 @findex FIRST_INSN_ADDRESS
4620 @item FIRST_INSN_ADDRESS
4621 When the @code{length} insn attribute is used, this macro specifies the
4622 value to be assigned to the address of the first insn in a function.  If
4623 not specified, 0 is used.
4624
4625 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
4626 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
4627 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
4628 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
4629 that contains the initially computed length of the insn and should be
4630 updated with the correct length of the insn.
4631
4632 This macro will normally not be required.  A case in which it is
4633 required is the ROMP.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
4634 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
4635 may be required.
4636 @end table
4637
4638 @findex get_attr_length
4639 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
4640 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
4641 determine the form of the branch instruction to be written, as the
4642 example below illustrates.
4643
4644 As an example of the specification of variable-length branches, consider
4645 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
4646 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
4647 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
4648 sequence to load the address from memory and then branch to it.
4649
4650 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
4651 as follows:
4652
4653 @smallexample
4654 (define_insn "jump"
4655   [(set (pc)
4656         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
4657   ""
4658   "*
4659 @{
4660    return (get_attr_length (insn) == 4
4661            ? \"b %l0\" : \"l r15,=a(%l0); br r15\");
4662 @}"
4663   [(set (attr "length") (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
4664                                       (const_int 4)
4665                                       (const_int 6)))])
4666 @end smallexample
4667
4668 @node Constant Attributes
4669 @subsection Constant Attributes
4670 @cindex constant attributes
4671
4672 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
4673 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
4674 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
4675 used to specify which variety of processor is used.  For example,
4676
4677 @smallexample
4678 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
4679  (const
4680   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
4681          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
4682         (const_string "m88000"))))
4683
4684 (define_attr "memory" "fast,slow"
4685  (const
4686   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
4687                 (const_string "fast")
4688                 (const_string "slow"))))
4689 @end smallexample
4690
4691 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
4692 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
4693 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
4694 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
4695 forms involving insn attributes.
4696
4697 @node Delay Slots
4698 @subsection Delay Slot Scheduling
4699 @cindex delay slots, defining
4700
4701 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
4702 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
4703 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
4704 after the instruction are executed as if they were located before it.
4705 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
4706 the following instruction before the branch or call is performed.
4707
4708 On some machines, conditional branch instructions can optionally
4709 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
4710 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
4711 instructions that annul if the branch is true and instructions that
4712 annul if the branch is false are supported.
4713
4714 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
4715 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
4716 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
4717 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
4718 instruction scheduling.
4719
4720 @findex define_delay
4721 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
4722 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
4723
4724 @smallexample
4725 (define_delay @var{test}
4726               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
4727                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
4728                @dots{}])
4729 @end smallexample
4730
4731 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
4732 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
4733 required delay slots is determined by the length of the vector specified
4734 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
4735 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
4736 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
4737 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
4738 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
4739 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.@refill
4740
4741 For example, in the common case where branch and call insns require
4742 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
4743 call, the following would be placed in the @file{md} file:
4744
4745 @smallexample
4746 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
4747               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
4748 @end smallexample
4749
4750 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
4751 case, each such expression specifies different delay slot requirements
4752 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
4753 expressions are both true.
4754
4755 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
4756 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
4757 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
4758 branch is true, we might represent this as follows:
4759
4760 @smallexample
4761 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
4762    [(eq_attr "type" "!branch,call")
4763     (eq_attr "type" "!branch,call")
4764     (nil)])
4765
4766 (define_delay (eq_attr "type" "call")
4767               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
4768                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
4769 @end smallexample
4770 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
4771
4772 @node Function Units
4773 @subsection Specifying Function Units
4774 @cindex function units, for scheduling
4775
4776 On most RISC machines, there are instructions whose results are not
4777 available for a specific number of cycles.  Common cases are instructions
4778 that load data from memory.  On many machines, a pipeline stall will result
4779 if the data is referenced too soon after the load instruction.
4780
4781 In addition, many newer microprocessors have multiple function units, usually
4782 one for integer and one for floating point, and often will incur pipeline
4783 stalls when a result that is needed is not yet ready.
4784
4785 The descriptions in this section allow the specification of how much
4786 time must elapse between the execution of an instruction and the time
4787 when its result is used.  It also allows specification of when the
4788 execution of an instruction will delay execution of similar instructions
4789 due to function unit conflicts.
4790
4791 For the purposes of the specifications in this section, a machine is
4792 divided into @dfn{function units}, each of which execute a specific
4793 class of instructions in first-in-first-out order.  Function units that
4794 accept one instruction each cycle and allow a result to be used in the
4795 succeeding instruction (usually via forwarding) need not be specified.
4796 Classic RISC microprocessors will normally have a single function unit,
4797 which we can call @samp{memory}.  The newer ``superscalar'' processors
4798 will often have function units for floating point operations, usually at
4799 least a floating point adder and multiplier.
4800
4801 @findex define_function_unit
4802 Each usage of a function units by a class of insns is specified with a
4803 @code{define_function_unit} expression, which looks like this:
4804
4805 @smallexample
4806 (define_function_unit @var{name} @var{multiplicity} @var{simultaneity}
4807                       @var{test} @var{ready-delay} @var{issue-delay}
4808                      [@var{conflict-list}])
4809 @end smallexample
4810
4811 @var{name} is a string giving the name of the function unit.
4812
4813 @var{multiplicity} is an integer specifying the number of identical
4814 units in the processor.  If more than one unit is specified, they will
4815 be scheduled independently.  Only truly independent units should be
4816 counted; a pipelined unit should be specified as a single unit.  (The
4817 only common example of a machine that has multiple function units for a
4818 single instruction class that are truly independent and not pipelined
4819 are the two multiply and two increment units of the CDC 6600.)
4820
4821 @var{simultaneity} specifies the maximum number of insns that can be
4822 executing in each instance of the function unit simultaneously or zero
4823 if the unit is pipelined and has no limit.
4824
4825 All @code{define_function_unit} definitions referring to function unit
4826 @var{name} must have the same name and values for @var{multiplicity} and
4827 @var{simultaneity}.
4828
4829 @var{test} is an attribute test that selects the insns we are describing
4830 in this definition.  Note that an insn may use more than one function
4831 unit and a function unit may be specified in more than one
4832 @code{define_function_unit}.
4833
4834 @var{ready-delay} is an integer that specifies the number of cycles
4835 after which the result of the instruction can be used without
4836 introducing any stalls.
4837
4838 @var{issue-delay} is an integer that specifies the number of cycles
4839 after the instruction matching the @var{test} expression begins using
4840 this unit until a subsequent instruction can begin.  A cost of @var{N}
4841 indicates an @var{N-1} cycle delay.  A subsequent instruction may also
4842 be delayed if an earlier instruction has a longer @var{ready-delay}
4843 value.  This blocking effect is computed using the @var{simultaneity},
4844 @var{ready-delay}, @var{issue-delay}, and @var{conflict-list} terms.
4845 For a normal non-pipelined function unit, @var{simultaneity} is one, the
4846 unit is taken to block for the @var{ready-delay} cycles of the executing
4847 insn, and smaller values of @var{issue-delay} are ignored.
4848
4849 @var{conflict-list} is an optional list giving detailed conflict costs
4850 for this unit.  If specified, it is a list of condition test expressions
4851 to be applied to insns chosen to execute in @var{name} following the
4852 particular insn matching @var{test} that is already executing in
4853 @var{name}.  For each insn in the list, @var{issue-delay} specifies the
4854 conflict cost; for insns not in the list, the cost is zero.  If not
4855 specified, @var{conflict-list} defaults to all instructions that use the
4856 function unit.
4857
4858 Typical uses of this vector are where a floating point function unit can
4859 pipeline either single- or double-precision operations, but not both, or
4860 where a memory unit can pipeline loads, but not stores, etc.
4861
4862 As an example, consider a classic RISC machine where the result of a
4863 load instruction is not available for two cycles (a single ``delay''
4864 instruction is required) and where only one load instruction can be executed
4865 simultaneously.  This would be specified as:
4866
4867 @smallexample
4868 (define_function_unit "memory" 1 1 (eq_attr "type" "load") 2 0)
4869 @end smallexample
4870
4871 For the case of a floating point function unit that can pipeline either
4872 single or double precision, but not both, the following could be specified:
4873
4874 @smallexample
4875 (define_function_unit
4876    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "sp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "dp_fp")])
4877 (define_function_unit
4878    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "dp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "sp_fp")])
4879 @end smallexample
4880
4881 @strong{Note:} The scheduler attempts to avoid function unit conflicts
4882 and uses all the specifications in the @code{define_function_unit}
4883 expression.  It has recently come to our attention that these
4884 specifications may not allow modeling of some of the newer
4885 ``superscalar'' processors that have insns using multiple pipelined
4886 units.  These insns will cause a potential conflict for the second unit
4887 used during their execution and there is no way of representing that
4888 conflict.  We welcome any examples of how function unit conflicts work
4889 in such processors and suggestions for their representation.
4890 @end ifset
4891
4892 @node Conditional Execution
4893 @section Conditional Execution
4894 @cindex conditional execution
4895 @cindex predication
4896
4897 A number of architectures provide for some form of conditional
4898 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
4899 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
4900 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
4901 can be quite tedious to describe these forms directly in the
4902 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
4903
4904 @findex define_cond_exec
4905 @smallexample
4906 (define_cond_exec
4907   [@var{predicate-pattern}]
4908   "@var{condition}"
4909   "@var{output template}")
4910 @end smallexample
4911
4912 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
4913 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
4914 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
4915 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
4916 alternative.
4917
4918 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
4919 pattern to match.
4920
4921 @findex current_insn_predicate
4922 @var{output template} is a string similar to the @code{define_insn}
4923 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
4924 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
4925 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
4926 In order to handle the general case, there is a global variable
4927 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
4928 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
4929
4930 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to 
4931 the @code{predicable} instruction attribute is made. 
4932 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e. have
4933 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
4934 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
4935 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the 
4936 alternative or anything else.
4937
4938 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable} 
4939 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
4940 generated that matches a predicated version of the instruction.
4941 For example,
4942
4943 @smallexample
4944 (define_insn "addsi"
4945   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
4946         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
4947                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
4948   "@var{test1}"
4949   "add %2,%1,%0")
4950
4951 (define_cond_exec
4952   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
4953        (const_int 0))]
4954   "@var{test2}"
4955   "(%0)")
4956 @end smallexample
4957
4958 @noindent
4959 generates a new pattern
4960
4961 @smallexample
4962 (define_insn ""
4963   [(cond_exec
4964      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
4965      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
4966           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
4967                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
4968   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
4969   "(%3) add %2,%1,%0")
4970 @end smallexample
4971
4972 @node Constant Definitions
4973 @section Constant Definitions
4974 @cindex constant definitions
4975 @findex define_constants
4976
4977 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
4978 can be a maintenance problem.
4979
4980 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
4981 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
4982 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
4983 if the corresponding value had been written instead.  You may use
4984 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
4985 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
4986 a different value.
4987
4988 To come back to the a29k load multiple example, instead of
4989
4990 @smallexample
4991 (define_insn ""
4992   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
4993      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
4994            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
4995       (use (reg:SI 179))
4996       (clobber (reg:SI 179))])]
4997   ""
4998   "loadm 0,0,%1,%2")
4999 @end smallexample
5000
5001 You could write:
5002
5003 @smallexample
5004 (define_constants [
5005     (R_BP 177)
5006     (R_FC 178)
5007     (R_CR 179)
5008     (R_Q  180)
5009 ])
5010
5011 (define_insn ""
5012   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
5013      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
5014            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
5015       (use (reg:SI R_CR))
5016       (clobber (reg:SI R_CR))])]
5017   ""
5018   "loadm 0,0,%1,%2")
5019 @end smallexample
5020
5021 The constants that are defined with a define_constant are also output
5022 in the insn-codes.h header file as #defines.