OSDN Git Service

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