OSDN Git Service

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