OSDN Git Service

* doc/include/gcc-common.texi (version-GCC): Likewise.
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / doc / md.texi
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1996, 1998, 1999, 2000, 2001,
2 @c 2002, 2003, 2004 Free Software Foundation, Inc.
3 @c This is part of the GCC manual.
4 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
5
6 @ifset INTERNALS
7 @node Machine Desc
8 @chapter Machine Descriptions
9 @cindex machine descriptions
10
11 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
12 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
13
14 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
15 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
16 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
17 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
18 is inside a quoted string.
19
20 See the next chapter for information on the C header file.
21
22 @menu
23 * Overview::            How the machine description is used.
24 * Patterns::            How to write instruction patterns.
25 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
26 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
27 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
28                           from such an insn.
29 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
30                           the assembler code.
31 * Predicates::          Controlling what kinds of operands can be used
32                           for an insn.
33 * Constraints::         Fine-tuning operand selection.
34 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
35 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
36 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
37 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
38 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
39 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
40 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
41                           for a standard operation.
42 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
43 * Including Patterns::      Including Patterns in Machine Descriptions.
44 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
45 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
46 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
47                            predication.
48 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
49                         md file.
50 * Macros::              Using macros to generate patterns from a template.
51 @end menu
52
53 @node Overview
54 @section Overview of How the Machine Description is Used
55
56 There are three main conversions that happen in the compiler:
57
58 @enumerate
59
60 @item
61 The front end reads the source code and builds a parse tree.
62
63 @item
64 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
65 instruction patterns.
66
67 @item
68 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
69 code.
70
71 @end enumerate
72
73 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
74 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
75 choose the pattern with the right name and apply the operands according
76 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
77 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
78 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
79 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
80 named pattern it needs, it will abort.
81
82 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
83 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
84 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
85 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
86 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
87 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
88 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
89 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
90
91 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
92 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
93 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
94 example.
95
96 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
97 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
98 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
99 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
100
101 @node Patterns
102 @section Everything about Instruction Patterns
103 @cindex patterns
104 @cindex instruction patterns
105
106 @findex define_insn
107 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
108 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
109 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
110 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
111
112 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
113
114 @enumerate
115 @item
116 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
117 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
118 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
119 the instruction patterns with those names, if the names are defined
120 in the machine description.
121
122 The absence of a name is indicated by writing an empty string
123 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
124 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
125 to be combined later on.
126
127 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
128 effect; they are equivalent to no name at all.
129
130 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
131 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
132 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
133 to having a nameless pattern for all other purposes.
134
135 @item
136 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
137 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
138 incomplete because it may contain @code{match_operand},
139 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
140 operands of the instruction.
141
142 If the vector has only one element, that element is the template for the
143 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
144 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
145 elements described.
146
147 @item
148 @cindex pattern conditions
149 @cindex conditions, in patterns
150 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
151 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
152
153 @cindex named patterns and conditions
154 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
155 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
156 flags.  The compiler needs to test these conditions during
157 initialization in order to learn exactly which named instructions are
158 available in a particular run.
159
160 @findex operands
161 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
162 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
163 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
164 @code{operands}.  For an insn where the condition has once matched, it
165 can't be used to control register allocation, for example by excluding
166 certain hard registers or hard register combinations.
167
168 @item
169 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
170 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
171 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
172
173 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
174 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
175
176 @item
177 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
178 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
179 @end enumerate
180
181 @node Example
182 @section Example of @code{define_insn}
183 @cindex @code{define_insn} example
184
185 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
186
187 @smallexample
188 (define_insn "tstsi"
189   [(set (cc0)
190         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
191   ""
192   "*
193 @{
194   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
195     return \"tstl %0\";
196   return \"cmpl #0,%0\";
197 @}")
198 @end smallexample
199
200 @noindent
201 This can also be written using braced strings:
202
203 @smallexample
204 (define_insn "tstsi"
205   [(set (cc0)
206         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
207   ""
208 @{
209   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
210     return "tstl %0";
211   return "cmpl #0,%0";
212 @})
213 @end smallexample
214
215 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
216 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
217 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
218 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
219 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
220 can be constructed using this pattern.
221
222 The output control string is a piece of C code which chooses which
223 output template to return based on the kind of operand and the specific
224 type of CPU for which code is being generated.
225
226 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
227
228 @node RTL Template
229 @section RTL Template
230 @cindex RTL insn template
231 @cindex generating insns
232 @cindex insns, generating
233 @cindex recognizing insns
234 @cindex insns, recognizing
235
236 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
237 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
238 says how to construct an insn from specified operands.
239
240 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
241 template.  Matching involves determining the values that serve as the
242 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
243 controlled by special expression types that direct matching and
244 substitution of the operands.
245
246 @table @code
247 @findex match_operand
248 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
249 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
250 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
251 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
252 appears at this position in the insn will be taken as operand
253 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
254 pattern will not match at all.
255
256 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
257 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
258 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
259 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
260 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
261 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
262 other operand numbers.
263
264 @var{predicate} is a string that is the name of a function that
265 accepts two arguments, an expression and a machine mode.
266 @xref{Predicates}.  During matching, the function will be called with
267 the putative operand as the expression and @var{m} as the mode
268 argument (if @var{m} is not specified, @code{VOIDmode} will be used,
269 which normally causes @var{predicate} to accept any mode).  If it
270 returns zero, this instruction pattern fails to match.
271 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be
272 done on the operand, so anything which occurs in this position is
273 valid.
274
275 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
276 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
277 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
278 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
279 @code{VOIDmode}.
280
281 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
282 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
283 If the constraint would be an empty string, it can be omitted.
284
285 People are often unclear on the difference between the constraint and the
286 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
287 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
288 controls various decisions in the case of an insn which does match.
289
290 @findex match_scratch
291 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
292 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
293 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
294 expression.
295
296 When matching patterns, this is equivalent to
297
298 @smallexample
299 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
300 @end smallexample
301
302 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
303 expression.
304
305 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
306 expressions whose operands are either a hard register or
307 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
308 necessary.  @xref{Side Effects}.
309
310 @findex match_dup
311 @item (match_dup @var{n})
312 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
313 It is used when the operand needs to appear more than once in the
314 insn.
315
316 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
317 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
318 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
319 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
320 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
321 identical-looking expression.
322
323 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
324 a particular register is being used for two operands (example:
325 @code{add} that adds one register to another; the second register is
326 both an input operand and the output operand).  Use a matching
327 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
328 operand is used in two places in the template, such as an instruction
329 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
330 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
331 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
332
333 @findex match_operator
334 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
335 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
336 code.
337
338 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
339 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
340 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
341
342 When matching an expression, it matches an expression if the function
343 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
344 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
345
346 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
347 follows, to match any expression whose operator is one of the
348 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
349
350 @smallexample
351 int
352 commutative_integer_operator (x, mode)
353      rtx x;
354      enum machine_mode mode;
355 @{
356   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
357   if (GET_MODE (x) != mode)
358     return 0;
359   return (GET_RTX_CLASS (code) == RTX_COMM_ARITH
360           || code == EQ || code == NE);
361 @}
362 @end smallexample
363
364 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
365 of a commutative operator applied to two general operands:
366
367 @smallexample
368 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
369   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
370    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
371 @end smallexample
372
373 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
374 because the expressions to be matched all contain two operands.
375
376 When this pattern does match, the two operands of the commutative
377 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
378 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
379 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
380 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
381
382 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
383 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
384 predicate function, and that function is solely responsible for
385 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
386
387 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
388 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
389 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
390 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
391 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
392 only its expression code matters.
393
394 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
395 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
396 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
397 register allocation because the register allocator often looks at
398 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
399
400 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
401 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
402 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
403 However, if parts of its @var{operands} are matched by
404 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
405 their own.
406
407 @findex match_op_dup
408 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
409 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
410 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
411 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
412 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
413 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
414 recognition template, and it matches only an identical-looking
415 expression.
416
417 @findex match_parallel
418 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
419 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
420 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
421 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
422
423 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
424 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
425 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
426 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
427 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
428 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
429 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
430 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
431 those listed in the @code{match_parallel}.
432
433 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
434 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
435 in a @code{parallel}.  For example,
436
437 @smallexample
438 (define_insn ""
439   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
440      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
441            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
442       (use (reg:SI 179))
443       (clobber (reg:SI 179))])]
444   ""
445   "loadm 0,0,%1,%2")
446 @end smallexample
447
448 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
449 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
450 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
451 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
452 registers and memory locations.
453
454 An insn that matches this pattern might look like:
455
456 @smallexample
457 (parallel
458  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
459   (use (reg:SI 179))
460   (clobber (reg:SI 179))
461   (set (reg:SI 21)
462        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
463                         (const_int 4))))
464   (set (reg:SI 22)
465        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
466                         (const_int 8))))])
467 @end smallexample
468
469 @findex match_par_dup
470 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
471 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
472 @code{match_operator}.
473
474 @end table
475
476 @node Output Template
477 @section Output Templates and Operand Substitution
478 @cindex output templates
479 @cindex operand substitution
480
481 @cindex @samp{%} in template
482 @cindex percent sign
483 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
484 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
485 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
486 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
487 identify places where different variants of the assembler require
488 different syntax.
489
490 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
491 operand @var{n} at that point in the string.
492
493 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
494 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
495 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
496 additional letters with nonstandard meanings.
497
498 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
499 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
500 operand.
501
502 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
503 the constant is negated before printing.
504
505 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
506 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
507 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
508 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
509 as if it were a memory reference.
510
511 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
512 instruction.
513
514 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
515 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
516 referred to more than once in a single template that generates multiple
517 assembler instructions.
518
519 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
520 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
521 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
522 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
523 which punctuation characters are valid with the
524 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
525
526 @cindex \
527 @cindex backslash
528 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
529 for the instructions, with @samp{\;} between them.
530
531 @cindex matching operands
532 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
533 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
534 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
535 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
536 operand.
537
538 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
539 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
540 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
541 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
542 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
543 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
544 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
545 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
546 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
547 it to do nothing.
548
549 @cindex @code{#} in template
550 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
551 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
552 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
553 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
554 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
555 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
556 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
557 instructions.
558
559 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
560 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
561 describe multiple variants of assembler language syntax.
562 @xref{Instruction Output}.
563
564 @node Output Statement
565 @section C Statements for Assembler Output
566 @cindex output statements
567 @cindex C statements for assembler output
568 @cindex generating assembler output
569
570 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
571 assembler code for all the cases that are recognized by a single
572 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
573 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
574 machine instructions.
575
576 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
577 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
578 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
579 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
580 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
581 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
582 might write this pattern:
583
584 @smallexample
585 (define_insn "addsi3"
586   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
587         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
588                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
589   ""
590   "@@
591    addr %2,%0
592    addm %2,%0")
593 @end smallexample
594
595 @cindex @code{*} in template
596 @cindex asterisk in template
597 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
598 output template but rather a piece of C program that should compute a
599 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
600 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
601 require doublequote characters to delimit them.  To include these
602 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
603
604 If the output control string is written as a brace block instead of a
605 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
606 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
607 doublequotes surrounding C string literals.
608
609 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
610 is @code{rtx []}.
611
612 It is very common to select different ways of generating assembler code
613 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
614 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
615 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
616 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
617 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
618 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
619 values of those bits.
620
621 @findex output_asm_insn
622 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
623 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
624 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
625 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
626 that you declare locally and initialize yourself.
627
628 @findex which_alternative
629 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
630 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
631 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
632 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
633 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
634 etc.).
635
636 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
637 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
638 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
639
640 @smallexample
641 (define_insn ""
642   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
643         (const_int 0))]
644   ""
645   @{
646   return (which_alternative == 0
647           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
648   @})
649 @end smallexample
650
651 The example above, where the assembler code to generate was
652 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
653 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
654
655 @smallexample
656 @group
657 (define_insn ""
658   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
659         (const_int 0))]
660   ""
661   "@@
662    clrreg %0
663    clrmem %0")
664 @end group
665 @end smallexample
666
667 @node Predicates
668 @section Predicates
669 @cindex predicates
670 @cindex operand predicates
671 @cindex operator predicates
672
673 A predicate determines whether a @code{match_operand} or
674 @code{match_operator} expression matches, and therefore whether the
675 surrounding instruction pattern will be used for that combination of
676 operands.  GCC has a number of machine-independent predicates, and you
677 can define machine-specific predicates as needed.  By convention,
678 predicates used with @code{match_operand} have names that end in
679 @samp{_operand}, and those used with @code{match_operator} have names
680 that end in @samp{_operator}.
681
682 All predicates are Boolean functions (in the mathematical sense) of
683 two arguments: the RTL expression that is being considered at that
684 position in the instruction pattern, and the machine mode that the
685 @code{match_operand} or @code{match_operator} specifies.  In this
686 section, the first argument is called @var{op} and the second argument
687 @var{mode}.  Predicates can be called from C as ordinary two-argument
688 functions; this can be useful in output templates or other
689 machine-specific code.
690
691 Operand predicates can allow operands that are not actually acceptable
692 to the hardware, as long as the constraints give reload the ability to
693 fix them up (@pxref{Constraints}).  However, GCC will usually generate
694 better code if the predicates specify the requirements of the machine
695 instructions as closely as possible.  Reload cannot fix up operands
696 that must be constants (``immediate operands''); you must use a
697 predicate that allows only constants, or else enforce the requirement
698 in the extra condition.
699
700 @cindex predicates and machine modes
701 @cindex normal predicates
702 @cindex special predicates
703 Most predicates handle their @var{mode} argument in a uniform manner.
704 If @var{mode} is @code{VOIDmode} (unspecified), then @var{op} can have
705 any mode.  If @var{mode} is anything else, then @var{op} must have the
706 same mode, unless @var{op} is a @code{CONST_INT} or integer
707 @code{CONST_DOUBLE}.  These RTL expressions always have
708 @code{VOIDmode}, so it would be counterproductive to check that their
709 mode matches.  Instead, predicates that accept @code{CONST_INT} and/or
710 integer @code{CONST_DOUBLE} check that the value stored in the
711 constant will fit in the requested mode.
712
713 Predicates with this behavior are called @dfn{normal}.
714 @command{genrecog} can optimize the instruction recognizer based on
715 knowledge of how normal predicates treat modes.  It can also diagnose
716 certain kinds of common errors in the use of normal predicates; for
717 instance, it is almost always an error to use a normal predicate
718 without specifying a mode.
719
720 Predicates that do something different with their @var{mode} argument
721 are called @dfn{special}.  The generic predicates
722 @code{address_operand} and @code{pmode_register_operand} are special
723 predicates.  @command{genrecog} does not do any optimizations or
724 diagnosis when special predicates are used.
725
726 @menu
727 * Machine-Independent Predicates::  Predicates available to all back ends.
728 * Defining Predicates::             How to write machine-specific predicate
729                                     functions.
730 @end menu
731
732 @node Machine-Independent Predicates
733 @subsection Machine-Independent Predicates
734 @cindex machine-independent predicates
735 @cindex generic predicates
736
737 These are the generic predicates available to all back ends.  They are
738 defined in @file{recog.c}.  The first category of predicates allow
739 only constant, or @dfn{immediate}, operands.
740
741 @defun immediate_operand
742 This predicate allows any sort of constant that fits in @var{mode}.
743 It is an appropriate choice for instructions that take operands that
744 must be constant.
745 @end defun
746
747 @defun const_int_operand
748 This predicate allows any @code{CONST_INT} expression that fits in
749 @var{mode}.  It is an appropriate choice for an immediate operand that
750 does not allow a symbol or label.
751 @end defun
752
753 @defun const_double_operand
754 This predicate accepts any @code{CONST_DOUBLE} expression that has
755 exactly @var{mode}.  If @var{mode} is @code{VOIDmode}, it will also
756 accept @code{CONST_INT}.  It is intended for immediate floating point
757 constants.
758 @end defun
759
760 @noindent
761 The second category of predicates allow only some kind of machine
762 register.
763
764 @defun register_operand
765 This predicate allows any @code{REG} or @code{SUBREG} expression that
766 is valid for @var{mode}.  It is often suitable for arithmetic
767 instruction operands on a RISC machine.
768 @end defun
769
770 @defun pmode_register_operand
771 This is a slight variant on @code{register_operand} which works around
772 a limitation in the machine-description reader.
773
774 @example
775 (match_operand @var{n} "pmode_register_operand" @var{constraint})
776 @end example
777
778 @noindent
779 means exactly what
780
781 @example
782 (match_operand:P @var{n} "register_operand" @var{constraint})
783 @end example
784
785 @noindent
786 would mean, if the machine-description reader accepted @samp{:P}
787 mode suffixes.  Unfortunately, it cannot, because @code{Pmode} is an
788 alias for some other mode, and might vary with machine-specific
789 options. @xref{Misc}.
790 @end defun
791
792 @defun scratch_operand
793 This predicate allows hard registers and @code{SCRATCH} expressions,
794 but not pseudo-registers.  It is used internally by @code{match_scratch};
795 it should not be used directly.
796 @end defun
797
798 @noindent
799 The third category of predicates allow only some kind of memory reference.
800
801 @defun memory_operand
802 This predicate allows any valid reference to a quantity of mode
803 @var{mode} in memory, as determined by the weak form of
804 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS} (@pxref{Addressing Modes}).
805 @end defun
806
807 @defun address_operand
808 This predicate is a little unusual; it allows any operand that is a
809 valid expression for the @emph{address} of a quantity of mode
810 @var{mode}, again determined by the weak form of
811 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS}.  To first order, if
812 @samp{@w{(mem:@var{mode} (@var{exp}))}} is acceptable to
813 @code{memory_operand}, then @var{exp} is acceptable to
814 @code{address_operand}.  Note that @var{exp} does not necessarily have
815 the mode @var{mode}.
816 @end defun
817
818 @defun indirect_operand
819 This is a stricter form of @code{memory_operand} which allows only
820 memory references with a @code{general_operand} as the address
821 expression.  New uses of this predicate are discouraged, because
822 @code{general_operand} is very permissive, so it's hard to tell what
823 an @code{indirect_operand} does or does not allow.  If a target has
824 different requirements for memory operands for different instructions,
825 it is better to define target-specific predicates which enforce the
826 hardware's requirements explicitly.
827 @end defun
828
829 @defun push_operand
830 This predicate allows a memory reference suitable for pushing a value
831 onto the stack.  This will be a @code{MEM} which refers to
832 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address expression
833 (@pxref{Incdec}); which one is determined by the
834 @code{STACK_PUSH_CODE} macro (@pxref{Frame Layout}).
835 @end defun
836
837 @defun pop_operand
838 This predicate allows a memory reference suitable for popping a value
839 off the stack.  Again, this will be a @code{MEM} referring to
840 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address
841 expression.  However, this time @code{STACK_POP_CODE} is expected.
842 @end defun
843
844 @noindent
845 The fourth category of predicates allow some combination of the above
846 operands.
847
848 @defun nonmemory_operand
849 This predicate allows any immediate or register operand valid for @var{mode}.
850 @end defun
851
852 @defun nonimmediate_operand
853 This predicate allows any register or memory operand valid for @var{mode}.
854 @end defun
855
856 @defun general_operand
857 This predicate allows any immediate, register, or memory operand
858 valid for @var{mode}.
859 @end defun
860
861 @noindent
862 Finally, there is one generic operator predicate.
863
864 @defun comparison_operator
865 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
866 comparison in @var{mode}; that is, @code{COMPARISON_P} is true for the
867 expression code.
868 @end defun
869
870 @node Defining Predicates
871 @subsection Defining Machine-Specific Predicates
872 @cindex defining predicates
873 @findex define_predicate
874 @findex define_special_predicate
875
876 Many machines have requirements for their operands that cannot be
877 expressed precisely using the generic predicates.  You can define
878 additional predicates using @code{define_predicate} and
879 @code{define_special_predicate} expressions.  These expressions have
880 three operands:
881
882 @itemize @bullet
883 @item
884 The name of the predicate, as it will be referred to in
885 @code{match_operand} or @code{match_operator} expressions.
886
887 @item
888 An RTL expression which evaluates to true if the predicate allows the
889 operand @var{op}, false if it does not.  This expression can only use
890 the following RTL codes:
891
892 @table @code
893 @item MATCH_OPERAND
894 When written inside a predicate expression, a @code{MATCH_OPERAND}
895 expression evaluates to true if the predicate it names would allow
896 @var{op}.  The operand number and constraint are ignored.  Due to
897 limitations in @command{genrecog}, you can only refer to generic
898 predicates and predicates that have already been defined.
899
900 @item MATCH_CODE
901 This expression has one operand, a string constant containing a
902 comma-separated list of RTX code names (in lower case).  It evaluates
903 to true if @var{op} has any of the listed codes.
904
905 @item MATCH_TEST
906 This expression has one operand, a string constant containing a C
907 expression.  The predicate's arguments, @var{op} and @var{mode}, are
908 available with those names in the C expression.  The @code{MATCH_TEST}
909 evaluates to true if the C expression evaluates to a nonzero value.
910 @code{MATCH_TEST} expressions must not have side effects.
911
912 @item  AND
913 @itemx IOR
914 @itemx NOT
915 @itemx IF_THEN_ELSE
916 The basic @samp{MATCH_} expressions can be combined using these
917 logical operators, which have the semantics of the C operators
918 @samp{&&}, @samp{||}, @samp{!}, and @samp{@w{? :}} respectively.
919 @end table
920
921 @item
922 An optional block of C code, which should execute 
923 @samp{@w{return true}} if the predicate is found to match and
924 @samp{@w{return false}} if it does not.  It must not have any side
925 effects.  The predicate arguments, @var{op} and @var{mode}, are
926 available with those names.
927
928 If a code block is present in a predicate definition, then the RTL
929 expression must evaluate to true @emph{and} the code block must
930 execute @samp{@w{return true}} for the predicate to allow the operand.
931 The RTL expression is evaluated first; do not re-check anything in the
932 code block that was checked in the RTL expression.
933 @end itemize
934
935 The program @command{genrecog} scans @code{define_predicate} and
936 @code{define_special_predicate} expressions to determine which RTX
937 codes are possibly allowed.  You should always make this explicit in
938 the RTL predicate expression, using @code{MATCH_OPERAND} and
939 @code{MATCH_CODE}.
940
941 Here is an example of a simple predicate definition, from the IA64
942 machine description:
943
944 @smallexample
945 @group
946 ;; @r{True if @var{op} is a @code{SYMBOL_REF} which refers to the sdata section.}
947 (define_predicate "small_addr_symbolic_operand"
948   (and (match_code "symbol_ref")
949        (match_test "SYMBOL_REF_SMALL_ADDR_P (op)")))
950 @end group
951 @end smallexample
952
953 @noindent
954 And here is another, showing the use of the C block.
955
956 @smallexample
957 @group
958 ;; @r{True if @var{op} is a register operand that is (or could be) a GR reg.}
959 (define_predicate "gr_register_operand"
960   (match_operand 0 "register_operand")
961 @{
962   unsigned int regno;
963   if (GET_CODE (op) == SUBREG)
964     op = SUBREG_REG (op);
965
966   regno = REGNO (op);
967   return (regno >= FIRST_PSEUDO_REGISTER || GENERAL_REGNO_P (regno));
968 @})
969 @end group
970 @end smallexample
971
972 Predicates written with @code{define_predicate} automatically include
973 a test that @var{mode} is @code{VOIDmode}, or @var{op} has the same
974 mode as @var{mode}, or @var{op} is a @code{CONST_INT} or
975 @code{CONST_DOUBLE}.  They do @emph{not} check specifically for
976 integer @code{CONST_DOUBLE}, nor do they test that the value of either
977 kind of constant fits in the requested mode.  This is because
978 target-specific predicates that take constants usually have to do more
979 stringent value checks anyway.  If you need the exact same treatment
980 of @code{CONST_INT} or @code{CONST_DOUBLE} that the generic predicates
981 provide, use a @code{MATCH_OPERAND} subexpression to call
982 @code{const_int_operand}, @code{const_double_operand}, or
983 @code{immediate_operand}.
984
985 Predicates written with @code{define_special_predicate} do not get any
986 automatic mode checks, and are treated as having special mode handling
987 by @command{genrecog}.
988
989 The program @command{genpreds} is responsible for generating code to
990 test predicates.  It also writes a header file containing function
991 declarations for all machine-specific predicates.  It is not necessary
992 to declare these predicates in @file{@var{cpu}-protos.h}.
993 @end ifset
994
995 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
996 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
997 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
998 @ifset INTERNALS
999 @node Constraints
1000 @section Operand Constraints
1001 @cindex operand constraints
1002 @cindex constraints
1003
1004 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify
1005 constraints for the operands allowed.  The constraints allow you to
1006 fine-tune matching within the set of operands allowed by the
1007 predicate.
1008
1009 @end ifset
1010 @ifclear INTERNALS
1011 @node Constraints
1012 @section Constraints for @code{asm} Operands
1013 @cindex operand constraints, @code{asm}
1014 @cindex constraints, @code{asm}
1015 @cindex @code{asm} constraints
1016
1017 Here are specific details on what constraint letters you can use with
1018 @code{asm} operands.
1019 @end ifclear
1020 Constraints can say whether
1021 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
1022 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
1023 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
1024 have.  Constraints can also require two operands to match.
1025
1026 @ifset INTERNALS
1027 @menu
1028 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1029 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1030 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
1031 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1032 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
1033 @end menu
1034 @end ifset
1035
1036 @ifclear INTERNALS
1037 @menu
1038 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1039 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1040 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1041 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1042 @end menu
1043 @end ifclear
1044
1045 @node Simple Constraints
1046 @subsection Simple Constraints
1047 @cindex simple constraints
1048
1049 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1050 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1051 the letters that are allowed:
1052
1053 @table @asis
1054 @item whitespace
1055 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1056 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1057 be visually aligned in the machine description even if they have different
1058 number of constraints and modifiers.
1059
1060 @cindex @samp{m} in constraint
1061 @cindex memory references in constraints
1062 @item @samp{m}
1063 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1064 supports in general.
1065
1066 @cindex offsettable address
1067 @cindex @samp{o} in constraint
1068 @item @samp{o}
1069 A memory operand is allowed, but only if the address is
1070 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1071 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1072 may be added to the address and the result is also a valid memory
1073 address.
1074
1075 @cindex autoincrement/decrement addressing
1076 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1077 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1078 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1079 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1080 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1081 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1082 addressing modes that the machine supports.
1083
1084 Note that in an output operand which can be matched by another
1085 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1086 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1087 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1088
1089 @cindex @samp{V} in constraint
1090 @item @samp{V}
1091 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1092 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1093
1094 @cindex @samp{<} in constraint
1095 @item @samp{<}
1096 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1097 postdecrement) is allowed.
1098
1099 @cindex @samp{>} in constraint
1100 @item @samp{>}
1101 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1102 postincrement) is allowed.
1103
1104 @cindex @samp{r} in constraint
1105 @cindex registers in constraints
1106 @item @samp{r}
1107 A register operand is allowed provided that it is in a general
1108 register.
1109
1110 @cindex constants in constraints
1111 @cindex @samp{i} in constraint
1112 @item @samp{i}
1113 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1114 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1115 assembly time or later.
1116
1117 @cindex @samp{n} in constraint
1118 @item @samp{n}
1119 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1120 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1121 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1122 rather than @samp{i}.
1123
1124 @cindex @samp{I} in constraint
1125 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1126 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1127 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1128 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1129 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1130 This is the range permitted as a shift count in the shift
1131 instructions.
1132
1133 @cindex @samp{E} in constraint
1134 @item @samp{E}
1135 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1136 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1137 that of the host machine (on which the compiler is running).
1138
1139 @cindex @samp{F} in constraint
1140 @item @samp{F}
1141 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1142 @code{const_vector}) is allowed.
1143
1144 @cindex @samp{G} in constraint
1145 @cindex @samp{H} in constraint
1146 @item @samp{G}, @samp{H}
1147 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1148 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1149
1150 @cindex @samp{s} in constraint
1151 @item @samp{s}
1152 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1153 allowed.
1154
1155 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1156 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1157 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1158 better code to be generated.
1159
1160 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1161 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1162 and 127, better code results from loading the value into a register and
1163 using the register.  This is because the load into the register can be
1164 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1165 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1166 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1167 constraints.
1168
1169 @cindex @samp{g} in constraint
1170 @item @samp{g}
1171 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1172 registers that are not general registers.
1173
1174 @cindex @samp{X} in constraint
1175 @item @samp{X}
1176 @ifset INTERNALS
1177 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1178 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1179 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1180 require a scratch register.
1181 @end ifset
1182 @ifclear INTERNALS
1183 Any operand whatsoever is allowed.
1184 @end ifclear
1185
1186 @cindex @samp{0} in constraint
1187 @cindex digits in constraint
1188 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1189 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1190 digit is used together with letters within the same alternative, the
1191 digit should come last.
1192
1193 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1194 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1195 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1196 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1197 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1198 can use multiple alternatives instead.
1199
1200 @cindex matching constraint
1201 @cindex constraint, matching
1202 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1203 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1204 @ifset INTERNALS
1205 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1206 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1207 @end ifset
1208 @ifclear INTERNALS
1209 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1210 two input operands and an output operand, but on most CISC
1211 @end ifclear
1212 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1213 input-output operand:
1214
1215 @smallexample
1216 addl #35,r12
1217 @end smallexample
1218
1219 Matching constraints are used in these circumstances.
1220 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1221 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1222 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1223 constraint.
1224
1225 @ifset INTERNALS
1226 For operands to match in a particular case usually means that they
1227 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1228 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1229 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1230 For proper results in such cases, the output template should always
1231 use the output-operand's number when printing the operand.
1232 @end ifset
1233
1234 @cindex load address instruction
1235 @cindex push address instruction
1236 @cindex address constraints
1237 @cindex @samp{p} in constraint
1238 @item @samp{p}
1239 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1240 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1241
1242 @findex address_operand
1243 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1244 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1245 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1246 reference for which the address would be valid.
1247
1248 @cindex other register constraints
1249 @cindex extensible constraints
1250 @item @var{other-letters}
1251 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1252 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1253 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1254 for data, address and floating point registers.
1255
1256 @ifset INTERNALS
1257 The machine description macro @code{REG_CLASS_FROM_LETTER} has first
1258 cut at the otherwise unused letters.  If it evaluates to @code{NO_REGS},
1259 then @code{EXTRA_CONSTRAINT} is evaluated.
1260
1261 A typical use for @code{EXTRA_CONSTRAINT} would be to distinguish certain
1262 types of memory references that affect other insn operands.
1263 @end ifset
1264 @end table
1265
1266 @ifset INTERNALS
1267 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1268 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1269 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1270 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1271 done by copying an operand into a register.
1272
1273 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1274
1275 @smallexample
1276 (define_insn ""
1277   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1278         (plus:SI (match_dup 0)
1279                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1280   ""
1281   "@dots{}")
1282 @end smallexample
1283
1284 @noindent
1285 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1286
1287 @smallexample
1288 (define_insn ""
1289   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1290         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1291                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1292   ""
1293   "@dots{}")
1294 @end smallexample
1295
1296 @noindent
1297 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1298 identical.  If we are considering an insn of the form
1299
1300 @smallexample
1301 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1302   (set (reg:SI 3)
1303        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1304   @dots{})
1305 @end smallexample
1306
1307 @noindent
1308 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1309 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1310 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns.''
1311 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1312 is something wrong with it.''  It would direct the reload pass of the
1313 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1314 results might look like this:
1315
1316 @smallexample
1317 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1318   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1319   @dots{})
1320
1321 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1322   (set (reg:SI 3)
1323        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1324   @dots{})
1325 @end smallexample
1326
1327 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1328 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1329 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1330 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1331 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1332 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1333 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1334 reloading any possible operand so that it will fit.
1335
1336 @itemize @bullet
1337 @item
1338 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1339 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1340
1341 For example, an operand whose constraints permit everything except
1342 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1343
1344 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1345 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1346 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1347 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1348 more selective.
1349
1350 @item
1351 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1352 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1353 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1354 compiler knows how to copy a register into another register of the
1355 proper class in order to make an instruction valid.
1356
1357 @cindex nonoffsettable memory reference
1358 @cindex memory reference, nonoffsettable
1359 @item
1360 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1361 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1362 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1363
1364 @item
1365 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1366 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1367 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1368 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1369
1370 @item
1371 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1372 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1373 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1374 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1375 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1376 objects allowed by the constraint.
1377 @end itemize
1378
1379 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1380 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1381 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1382 how to copy a register temporarily into memory.
1383
1384 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1385 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1386 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1387 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1388 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1389 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1390 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1391 @code{sign_extend}.
1392 @end ifset
1393
1394 @node Multi-Alternative
1395 @subsection Multiple Alternative Constraints
1396 @cindex multiple alternative constraints
1397
1398 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1399 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1400 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1401 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1402 another.
1403
1404 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1405 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1406 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1407 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1408 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1409 @ifset INTERNALS
1410 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1411
1412 @smallexample
1413 (define_insn "iorsi3"
1414   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1415         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1416                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1417   @dots{})
1418 @end smallexample
1419
1420 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1421 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1422 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1423 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1424 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1425 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1426 @end ifset
1427
1428 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1429 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1430 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1431 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1432 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1433 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1434 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1435
1436 @table @code
1437 @cindex @samp{?} in constraint
1438 @cindex question mark
1439 @item ?
1440 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1441 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1442 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1443 in it.
1444
1445 @cindex @samp{!} in constraint
1446 @cindex exclamation point
1447 @item !
1448 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1449 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1450 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1451 @end table
1452
1453 @ifset INTERNALS
1454 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1455 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1456 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1457 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1458 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1459 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1460 @end ifset
1461
1462 @ifset INTERNALS
1463 @node Class Preferences
1464 @subsection Register Class Preferences
1465 @cindex class preference constraints
1466 @cindex register class preference constraints
1467
1468 @cindex voting between constraint alternatives
1469 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1470 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1471 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1472 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1473 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1474 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1475 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1476 favor of a general register.  The machine description says which registers
1477 are considered general.
1478
1479 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1480 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1481 @end ifset
1482
1483 @node Modifiers
1484 @subsection Constraint Modifier Characters
1485 @cindex modifiers in constraints
1486 @cindex constraint modifier characters
1487
1488 @c prevent bad page break with this line
1489 Here are constraint modifier characters.
1490
1491 @table @samp
1492 @cindex @samp{=} in constraint
1493 @item =
1494 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1495 value is discarded and replaced by output data.
1496
1497 @cindex @samp{+} in constraint
1498 @item +
1499 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1500
1501 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1502 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1503 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1504 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1505 are assumed to be input only.
1506
1507 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1508 first character of the constraint string.
1509
1510 @cindex @samp{&} in constraint
1511 @cindex earlyclobber operand
1512 @item &
1513 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1514 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1515 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1516 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1517 address.
1518
1519 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1520 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1521 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1522 @samp{movdf} insn of the 68000.
1523
1524 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1525 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1526 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1527 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1528 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1529
1530 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1531
1532 @cindex @samp{%} in constraint
1533 @item %
1534 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1535 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1536 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1537 constraints.
1538 @ifset INTERNALS
1539 This is often used in patterns for addition instructions
1540 that really have only two operands: the result must go in one of the
1541 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1542 instruction is defined:
1543
1544 @smallexample
1545 (define_insn "addhi3"
1546   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1547      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1548               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1549   @dots{})
1550 @end smallexample
1551 @end ifset
1552 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1553 the compiler may fail.
1554
1555 @cindex @samp{#} in constraint
1556 @item #
1557 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1558 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1559 register preferences.
1560
1561 @cindex @samp{*} in constraint
1562 @item *
1563 Says that the following character should be ignored when choosing
1564 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1565 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1566
1567 @ifset INTERNALS
1568 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1569 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1570 copying it into an address register.  While either kind of register is
1571 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1572 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1573 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1574 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1575 register preferences.
1576
1577 @smallexample
1578 (define_insn "extendhisi2"
1579   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1580         (sign_extend:SI
1581          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1582   @dots{})
1583 @end smallexample
1584 @end ifset
1585 @end table
1586
1587 @node Machine Constraints
1588 @subsection Constraints for Particular Machines
1589 @cindex machine specific constraints
1590 @cindex constraints, machine specific
1591
1592 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1593 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1594 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1595 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1596 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1597 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1598 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1599 immediate-constant format.
1600
1601 For each machine architecture, the
1602 @file{config/@var{machine}/@var{machine}.h} file defines additional
1603 constraints.  These constraints are used by the compiler itself for
1604 instruction generation, as well as for @code{asm} statements; therefore,
1605 some of the constraints are not particularly interesting for @code{asm}.
1606 The constraints are defined through these macros:
1607
1608 @table @code
1609 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1610 Register class constraints (usually lowercase).
1611
1612 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1613 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1614 word size or smaller precision (usually uppercase).
1615
1616 @item CONST_DOUBLE_OK_FOR_LETTER_P
1617 Immediate constant constraints, for all floating point constants and for
1618 constants of greater than word size precision (usually uppercase).
1619
1620 @item EXTRA_CONSTRAINT
1621 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1622 is only defined for some machines.
1623 @end table
1624
1625 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1626 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1627 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1628 available on some particular machines.
1629
1630 @table @emph
1631 @item ARM family---@file{arm.h}
1632 @table @code
1633 @item f
1634 Floating-point register
1635
1636 @item w
1637 VFP floating-point register
1638
1639 @item F
1640 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1641 or 10.0
1642
1643 @item G
1644 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1645 were negated
1646
1647 @item I
1648 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1649 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1650 multiple of 2
1651
1652 @item J
1653 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1654
1655 @item K
1656 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1657
1658 @item L
1659 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1660
1661 @item M
1662 Integer in the range 0 to 32
1663
1664 @item Q
1665 A memory reference where the exact address is in a single register
1666 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1667
1668 @item R
1669 An item in the constant pool
1670
1671 @item S
1672 A symbol in the text segment of the current file
1673 @end table
1674
1675 @item Uv
1676 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1677
1678 @item Uy
1679 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1680
1681 @item Uq
1682 A memory reference suitable for for the ARMv4 ldrsb instruction.
1683
1684 @item AVR family---@file{avr.h}
1685 @table @code
1686 @item l
1687 Registers from r0 to r15
1688
1689 @item a
1690 Registers from r16 to r23
1691
1692 @item d
1693 Registers from r16 to r31
1694
1695 @item w
1696 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1697
1698 @item e
1699 Pointer register (r26--r31)
1700
1701 @item b
1702 Base pointer register (r28--r31)
1703
1704 @item q
1705 Stack pointer register (SPH:SPL)
1706
1707 @item t
1708 Temporary register r0
1709
1710 @item x
1711 Register pair X (r27:r26)
1712
1713 @item y
1714 Register pair Y (r29:r28)
1715
1716 @item z
1717 Register pair Z (r31:r30)
1718
1719 @item I
1720 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1721
1722 @item J
1723 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1724
1725 @item K
1726 Constant integer 2
1727
1728 @item L
1729 Constant integer 0
1730
1731 @item M
1732 Constant that fits in 8 bits
1733
1734 @item N
1735 Constant integer @minus{}1
1736
1737 @item O
1738 Constant integer 8, 16, or 24
1739
1740 @item P
1741 Constant integer 1
1742
1743 @item G
1744 A floating point constant 0.0
1745 @end table
1746
1747 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1748 @table @code
1749 @item b
1750 Address base register
1751
1752 @item f
1753 Floating point register
1754
1755 @item v
1756 Vector register
1757
1758 @item h
1759 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1760
1761 @item q
1762 @samp{MQ} register
1763
1764 @item c
1765 @samp{CTR} register
1766
1767 @item l
1768 @samp{LINK} register
1769
1770 @item x
1771 @samp{CR} register (condition register) number 0
1772
1773 @item y
1774 @samp{CR} register (condition register)
1775
1776 @item z
1777 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1778
1779 @item I
1780 Signed 16-bit constant
1781
1782 @item J
1783 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1784 @code{SImode} constants)
1785
1786 @item K
1787 Unsigned 16-bit constant
1788
1789 @item L
1790 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1791
1792 @item M
1793 Constant larger than 31
1794
1795 @item N
1796 Exact power of 2
1797
1798 @item O
1799 Zero
1800
1801 @item P
1802 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1803
1804 @item G
1805 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1806 instruction per word
1807
1808 @item Q
1809 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1810 for @code{asm} statements)
1811
1812 @item R
1813 AIX TOC entry
1814
1815 @item S
1816 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1817
1818 @item T
1819 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1820
1821 @item U
1822 System V Release 4 small data area reference
1823 @end table
1824
1825 @item Intel 386---@file{i386.h}
1826 @table @code
1827 @item q
1828 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register for the i386.
1829 For x86-64 it is equivalent to @samp{r} class. (for 8-bit instructions that
1830 do not use upper halves)
1831
1832 @item Q
1833 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register. (for 8-bit instructions,
1834 that do use upper halves)
1835
1836 @item R
1837 Legacy register---equivalent to @code{r} class in i386 mode.
1838 (for non-8-bit registers used together with 8-bit upper halves in a single
1839 instruction)
1840
1841 @item A
1842 Specifies the @samp{a} or @samp{d} registers.  This is primarily useful
1843 for 64-bit integer values (when in 32-bit mode) intended to be returned
1844 with the @samp{d} register holding the most significant bits and the
1845 @samp{a} register holding the least significant bits.
1846
1847 @item f
1848 Floating point register
1849
1850 @item t
1851 First (top of stack) floating point register
1852
1853 @item u
1854 Second floating point register
1855
1856 @item a
1857 @samp{a} register
1858
1859 @item b
1860 @samp{b} register
1861
1862 @item c
1863 @samp{c} register
1864
1865 @item C
1866 Specifies constant that can be easily constructed in SSE register without
1867 loading it from memory.
1868
1869 @item d
1870 @samp{d} register
1871
1872 @item D
1873 @samp{di} register
1874
1875 @item S
1876 @samp{si} register
1877
1878 @item x
1879 @samp{xmm} SSE register
1880
1881 @item y
1882 MMX register
1883
1884 @item I
1885 Constant in range 0 to 31 (for 32-bit shifts)
1886
1887 @item J
1888 Constant in range 0 to 63 (for 64-bit shifts)
1889
1890 @item K
1891 @samp{0xff}
1892
1893 @item L
1894 @samp{0xffff}
1895
1896 @item M
1897 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1898
1899 @item N
1900 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1901
1902 @item Z
1903 Constant in range 0 to @code{0xffffffff} or symbolic reference known to fit specified range.
1904 (for using immediates in zero extending 32-bit to 64-bit x86-64 instructions)
1905
1906 @item e
1907 Constant in range @minus{}2147483648 to 2147483647 or symbolic reference known to fit specified range.
1908 (for using immediates in 64-bit x86-64 instructions)
1909
1910 @item G
1911 Standard 80387 floating point constant
1912 @end table
1913
1914 @item Intel IA-64---@file{ia64.h}
1915 @table @code
1916 @item a
1917 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
1918
1919 @item b
1920 Branch register
1921
1922 @item c
1923 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
1924
1925 @item d
1926 Application register residing in M-unit
1927
1928 @item e
1929 Application register residing in I-unit
1930
1931 @item f
1932 Floating-point register
1933
1934 @item m
1935 Memory operand.
1936 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
1937 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
1938 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
1939
1940 @item G
1941 Floating-point constant 0.0 or 1.0
1942
1943 @item I
1944 14-bit signed integer constant
1945
1946 @item J
1947 22-bit signed integer constant
1948
1949 @item K
1950 8-bit signed integer constant for logical instructions
1951
1952 @item L
1953 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
1954
1955 @item M
1956 6-bit unsigned integer constant for shift counts
1957
1958 @item N
1959 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
1960
1961 @item O
1962 The constant zero
1963
1964 @item P
1965 0 or -1 for @code{dep} instruction
1966
1967 @item Q
1968 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
1969
1970 @item R
1971 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
1972
1973 @item S
1974 Memory operand except postincrement and postdecrement
1975 @end table
1976
1977 @item FRV---@file{frv.h}
1978 @table @code
1979 @item a
1980 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1981
1982 @item b
1983 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1984
1985 @item c
1986 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
1987 @code{icc0} to @code{icc3}).
1988
1989 @item d
1990 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
1991
1992 @item e
1993 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
1994 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
1995 mode larger than 4 bytes.
1996
1997 @item f
1998 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
1999
2000 @item h
2001 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2002 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2003 mode larger than 4 bytes.
2004
2005 @item l
2006 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2007
2008 @item q
2009 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2010 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2011 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2012
2013 @item t
2014 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2015
2016 @item u
2017 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2018
2019 @item v
2020 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2021
2022 @item w
2023 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2024
2025 @item x
2026 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2027 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2028 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2029
2030 @item z
2031 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2032
2033 @item A
2034 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2035
2036 @item B
2037 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2038
2039 @item C
2040 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2041
2042 @item G
2043 Floating point constant zero
2044
2045 @item I
2046 6-bit signed integer constant
2047
2048 @item J
2049 10-bit signed integer constant
2050
2051 @item L
2052 16-bit signed integer constant
2053
2054 @item M
2055 16-bit unsigned integer constant
2056
2057 @item N
2058 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2059 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2060
2061 @item O
2062 Constant zero
2063
2064 @item P
2065 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2066 range of 1 to 2047.
2067
2068 @end table
2069
2070 @item IP2K---@file{ip2k.h}
2071 @table @code
2072 @item a
2073 @samp{DP} or @samp{IP} registers (general address)
2074
2075 @item f
2076 @samp{IP} register
2077
2078 @item j
2079 @samp{IPL} register
2080
2081 @item k
2082 @samp{IPH} register
2083
2084 @item b
2085 @samp{DP} register
2086
2087 @item y
2088 @samp{DPH} register
2089
2090 @item z
2091 @samp{DPL} register
2092
2093 @item q
2094 @samp{SP} register
2095
2096 @item c
2097 @samp{DP} or @samp{SP} registers (offsettable address)
2098
2099 @item d
2100 Non-pointer registers (not @samp{SP}, @samp{DP}, @samp{IP})
2101
2102 @item u
2103 Non-SP registers (everything except @samp{SP})
2104
2105 @item R
2106 Indirect through @samp{IP} - Avoid this except for @code{QImode}, since we
2107 can't access extra bytes
2108
2109 @item S
2110 Indirect through @samp{SP} or @samp{DP} with short displacement (0..127)
2111
2112 @item T
2113 Data-section immediate value
2114
2115 @item I
2116 Integers from @minus{}255 to @minus{}1
2117
2118 @item J
2119 Integers from 0 to 7---valid bit number in a register
2120
2121 @item K
2122 Integers from 0 to 127---valid displacement for addressing mode
2123
2124 @item L
2125 Integers from 1 to 127
2126
2127 @item M
2128 Integer @minus{}1
2129
2130 @item N
2131 Integer 1
2132
2133 @item O
2134 Zero
2135
2136 @item P
2137 Integers from 0 to 255
2138 @end table
2139
2140 @item MIPS---@file{mips.h}
2141 @table @code
2142 @item d
2143 General-purpose integer register
2144
2145 @item f
2146 Floating-point register (if available)
2147
2148 @item h
2149 @samp{Hi} register
2150
2151 @item l
2152 @samp{Lo} register
2153
2154 @item x
2155 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
2156
2157 @item y
2158 General-purpose integer register
2159
2160 @item z
2161 Floating-point status register
2162
2163 @item I
2164 Signed 16-bit constant (for arithmetic instructions)
2165
2166 @item J
2167 Zero
2168
2169 @item K
2170 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
2171
2172 @item L
2173 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
2174
2175 @item M
2176 32-bit constant which requires two instructions to load (a constant
2177 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
2178
2179 @item N
2180 Negative 16-bit constant
2181
2182 @item O
2183 Exact power of two
2184
2185 @item P
2186 Positive 16-bit constant
2187
2188 @item G
2189 Floating point zero
2190
2191 @item Q
2192 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
2193 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
2194
2195 @item R
2196 Memory reference that can be loaded with one instruction
2197 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
2198
2199 @item S
2200 Memory reference in external OSF/rose PIC format
2201 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
2202 @end table
2203
2204 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
2205 @table @code
2206 @item a
2207 Address register
2208
2209 @item d
2210 Data register
2211
2212 @item f
2213 68881 floating-point register, if available
2214
2215 @item I
2216 Integer in the range 1 to 8
2217
2218 @item J
2219 16-bit signed number
2220
2221 @item K
2222 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2223
2224 @item L
2225 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2226
2227 @item M
2228 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2229
2230 @item G
2231 Floating point constant that is not a 68881 constant
2232 @end table
2233
2234 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{m68hc11.h}
2235 @table @code
2236 @item a
2237 Register 'a'
2238
2239 @item b
2240 Register 'b'
2241
2242 @item d
2243 Register 'd'
2244
2245 @item q
2246 An 8-bit register
2247
2248 @item t
2249 Temporary soft register _.tmp
2250
2251 @item u
2252 A soft register _.d1 to _.d31
2253
2254 @item w
2255 Stack pointer register
2256
2257 @item x
2258 Register 'x'
2259
2260 @item y
2261 Register 'y'
2262
2263 @item z
2264 Pseudo register 'z' (replaced by 'x' or 'y' at the end)
2265
2266 @item A
2267 An address register: x, y or z
2268
2269 @item B
2270 An address register: x or y
2271
2272 @item D
2273 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
2274
2275 @item L
2276 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
2277
2278 @item M
2279 Constants whose 16-bit low part is zero
2280
2281 @item N
2282 Constant integer 1 or @minus{}1
2283
2284 @item O
2285 Constant integer 16
2286
2287 @item P
2288 Constants in the range @minus{}8 to 2
2289
2290 @end table
2291
2292 @need 1000
2293 @item SPARC---@file{sparc.h}
2294 @table @code
2295 @item f
2296 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
2297 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
2298
2299 @item e
2300 Floating-point register. It is equivalent to @samp{f} on the
2301 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
2302 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
2303
2304 @item c
2305 Floating-point condition code register.
2306
2307 @item d
2308 Lower floating-point register. It is only valid on the SPARC-V9
2309 architecture when the Visual Instruction Set is available.
2310
2311 @item b
2312 Floating-point register. It is only valid on the SPARC-V9 architecture
2313 when the Visual Instruction Set is available.
2314
2315 @item h
2316 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
2317
2318 @item I
2319 Signed 13-bit constant
2320
2321 @item J
2322 Zero
2323
2324 @item K
2325 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2326 loaded with the @code{sethi} instruction)
2327
2328 @item L
2329 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2330
2331 @item M
2332 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2333
2334 @item N
2335 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2336 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2337 modes wider than @code{SImode}
2338
2339 @item O
2340 The constant 4096
2341
2342 @item G
2343 Floating-point zero
2344
2345 @item H
2346 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2347
2348 @item Q
2349 Floating-point constant whose integral representation can
2350 be moved into an integer register using a single sethi
2351 instruction
2352
2353 @item R
2354 Floating-point constant whose integral representation can
2355 be moved into an integer register using a single mov
2356 instruction
2357
2358 @item S
2359 Floating-point constant whose integral representation can
2360 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2361 instruction sequence
2362
2363 @item T
2364 Memory address aligned to an 8-byte boundary
2365
2366 @item U
2367 Even register
2368
2369 @item W
2370 Memory address for @samp{e} constraint registers.
2371
2372 @end table
2373
2374 @item TMS320C3x/C4x---@file{c4x.h}
2375 @table @code
2376 @item a
2377 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
2378
2379 @item b
2380 Stack pointer register (sp)
2381
2382 @item c
2383 Standard (32-bit) precision integer register
2384
2385 @item f
2386 Extended (40-bit) precision register (r0-r11)
2387
2388 @item k
2389 Block count register (bk)
2390
2391 @item q
2392 Extended (40-bit) precision low register (r0-r7)
2393
2394 @item t
2395 Extended (40-bit) precision register (r0-r1)
2396
2397 @item u
2398 Extended (40-bit) precision register (r2-r3)
2399
2400 @item v
2401 Repeat count register (rc)
2402
2403 @item x
2404 Index register (ir0-ir1)
2405
2406 @item y
2407 Status (condition code) register (st)
2408
2409 @item z
2410 Data page register (dp)
2411
2412 @item G
2413 Floating-point zero
2414
2415 @item H
2416 Immediate 16-bit floating-point constant
2417
2418 @item I
2419 Signed 16-bit constant
2420
2421 @item J
2422 Signed 8-bit constant
2423
2424 @item K
2425 Signed 5-bit constant
2426
2427 @item L
2428 Unsigned 16-bit constant
2429
2430 @item M
2431 Unsigned 8-bit constant
2432
2433 @item N
2434 Ones complement of unsigned 16-bit constant
2435
2436 @item O
2437 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero)
2438
2439 @item Q
2440 Indirect memory reference with signed 8-bit or index register displacement
2441
2442 @item R
2443 Indirect memory reference with unsigned 5-bit displacement
2444
2445 @item S
2446 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement
2447
2448 @item T
2449 Direct memory reference
2450
2451 @item U
2452 Symbolic address
2453
2454 @end table
2455
2456 @item S/390 and zSeries---@file{s390.h}
2457 @table @code
2458 @item a
2459 Address register (general purpose register except r0)
2460
2461 @item d
2462 Data register (arbitrary general purpose register)
2463
2464 @item f
2465 Floating-point register
2466
2467 @item I
2468 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2469
2470 @item J
2471 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2472
2473 @item K
2474 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2475
2476 @item L
2477 Value appropriate as displacement.
2478 @table @code
2479        @item (0..4095)
2480        for short displacement
2481        @item (-524288..524287)
2482        for long displacement
2483 @end table
2484
2485 @item M
2486 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
2487
2488 @item N
2489 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
2490 @table @code
2491          @item 0..9:
2492          number of the part counting from most to least significant
2493          @item H,Q:
2494          mode of the part
2495          @item D,S,H:
2496          mode of the containing operand
2497          @item 0,F:
2498          value of the other parts (F - all bits set)
2499 @end table
2500 The constraint matches if the specified part of a constant
2501 has a value different from it's other parts.
2502
2503 @item Q
2504 Memory reference without index register and with short displacement.
2505
2506 @item R
2507 Memory reference with index register and short displacement.
2508
2509 @item S
2510 Memory reference without index register but with long displacement.
2511
2512 @item T
2513 Memory reference with index register and long displacement.
2514
2515 @item U
2516 Pointer with short displacement.
2517
2518 @item W
2519 Pointer with long displacement.
2520
2521 @item Y
2522 Shift count operand.
2523
2524 @end table
2525
2526 @item Xstormy16---@file{stormy16.h}
2527 @table @code
2528 @item a
2529 Register r0.
2530
2531 @item b
2532 Register r1.
2533
2534 @item c
2535 Register r2.
2536
2537 @item d
2538 Register r8.
2539
2540 @item e
2541 Registers r0 through r7.
2542
2543 @item t
2544 Registers r0 and r1.
2545
2546 @item y
2547 The carry register.
2548
2549 @item z
2550 Registers r8 and r9.
2551
2552 @item I
2553 A constant between 0 and 3 inclusive.
2554
2555 @item J
2556 A constant that has exactly one bit set.
2557
2558 @item K
2559 A constant that has exactly one bit clear.
2560
2561 @item L
2562 A constant between 0 and 255 inclusive.
2563
2564 @item M
2565 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
2566
2567 @item N
2568 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
2569
2570 @item O
2571 A constant between 1 and 4 inclusive.
2572
2573 @item P
2574 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
2575
2576 @item Q
2577 A memory reference that is a stack push.
2578
2579 @item R
2580 A memory reference that is a stack pop.
2581
2582 @item S
2583 A memory reference that refers to a constant address of known value.
2584
2585 @item T
2586 The register indicated by Rx (not implemented yet).
2587
2588 @item U
2589 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
2590
2591 @item Z
2592 The constant 0.
2593
2594 @end table
2595
2596 @item Xtensa---@file{xtensa.h}
2597 @table @code
2598 @item a
2599 General-purpose 32-bit register
2600
2601 @item b
2602 One-bit boolean register
2603
2604 @item A
2605 MAC16 40-bit accumulator register
2606
2607 @item I
2608 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
2609
2610 @item J
2611 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
2612
2613 @item K
2614 Integer constant valid for BccI instructions
2615
2616 @item L
2617 Unsigned constant valid for BccUI instructions
2618
2619 @end table
2620
2621 @end table
2622
2623 @ifset INTERNALS
2624 @node Standard Names
2625 @section Standard Pattern Names For Generation
2626 @cindex standard pattern names
2627 @cindex pattern names
2628 @cindex names, pattern
2629
2630 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
2631 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
2632 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
2633 pattern to accomplish a certain task.
2634
2635 @table @asis
2636 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
2637 @item @samp{mov@var{m}}
2638 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
2639 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
2640 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
2641
2642 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
2643 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
2644 to store the specified value in the part of the register that corresponds
2645 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
2646 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
2647 outside the target word are left unchanged.
2648
2649 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
2650 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
2651 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
2652 If there are patterns accepting operands in larger modes,
2653 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
2654
2655 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
2656 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
2657 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
2658 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
2659 into a register.
2660
2661 @findex force_reg
2662 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
2663 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
2664 registers other than the operands.  For example, if you support the
2665 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
2666 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
2667 function which might generate new pseudo registers.
2668
2669 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
2670 fetching those modes from memory normally requires several insns and
2671 some temporary registers.
2672
2673 @findex change_address
2674 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
2675 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
2676 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
2677 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
2678 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
2679 an address into a valid address and no routine (such as
2680 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
2681 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
2682
2683 @findex reload_in_progress
2684 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
2685 declared if required) can be used to determine whether such special
2686 handling is required.
2687
2688 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
2689 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
2690 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
2691 machines explicit memory references will get optional reloads.
2692
2693 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
2694 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
2695
2696 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
2697 you must define @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and/or
2698 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
2699 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
2700 them.  @xref{Register Classes}.
2701
2702 @findex no_new_pseudos
2703 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
2704 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
2705 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
2706
2707 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
2708 register to any other hard register provided that
2709 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
2710 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
2711
2712 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
2713 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
2714 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
2715 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
2716 point members.
2717
2718 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
2719 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
2720 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
2721 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
2722 floating point registers, then the constraints of the fixed point
2723 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
2724 reload into a floating point register.
2725
2726 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
2727 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
2728 @item @samp{reload_in@var{m}}
2729 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
2730 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
2731 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
2732 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
2733 macro in @pxref{Register Classes}.
2734
2735 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
2736 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
2737 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
2738 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
2739 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
2740 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
2741 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
2742 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
2743 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
2744 for these patterns.
2745
2746 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
2747 @item @samp{movstrict@var{m}}
2748 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
2749 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
2750 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
2751 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
2752
2753 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
2754 @item @samp{load_multiple}
2755 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
2756 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
2757 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
2758 number of consecutive registers.
2759
2760 Define this only if the target machine really has such an instruction;
2761 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
2762 registers from memory is to do them one at a time.
2763
2764 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
2765 registers can be stored into memory, such as particular starting or
2766 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
2767 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
2768 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
2769
2770 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
2771 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
2772 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
2773 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
2774 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
2775
2776 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
2777 @item @samp{store_multiple}
2778 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
2779 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
2780 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
2781 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
2782
2783 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
2784 @item @samp{vec_set@var{m}}
2785 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
2786 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
2787
2788 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
2789 @item @samp{vec_extract@var{m}}
2790 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
2791 specify field index and operand 0 place to store value into.
2792
2793 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
2794 @item @samp{vec_init@var{m}}
2795 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
2796 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
2797
2798 @cindex @code{push@var{m}} instruction pattern
2799 @item @samp{push@var{m}}
2800 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
2801 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
2802 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
2803 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
2804 method is deprecated.
2805
2806 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
2807 @item @samp{add@var{m}3}
2808 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
2809 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
2810 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
2811
2812 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
2813 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
2814 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
2815 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
2816 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
2817 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
2818 @cindex @code{smin@var{m}3} instruction pattern
2819 @cindex @code{smax@var{m}3} instruction pattern
2820 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
2821 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
2822 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
2823 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
2824 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
2825 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
2826 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}, @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
2827 @itemx @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}, @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
2828 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
2829 Similar, for other arithmetic operations.
2830 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
2831 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
2832 @itemx @samp{min@var{m}3}, @samp{max@var{m}3}
2833 Floating point min and max operations.  If both operands are zeros,
2834 or if either operand is NaN, then it is unspecified which of the two
2835 operands is returned as the result.
2836
2837
2838 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
2839 @item @samp{mulhisi3}
2840 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
2841 a @code{SImode} product in operand 0.
2842
2843 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
2844 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
2845 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
2846 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
2847
2848 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
2849 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
2850 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
2851 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
2852 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
2853 multiplication.
2854
2855 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2856 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
2857 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
2858 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
2859 The least significant half of the product is discarded.
2860
2861 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2862 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
2863 Similar, but the multiplication is unsigned.
2864
2865 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
2866 @item @samp{divmod@var{m}4}
2867 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
2868 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
2869 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
2870
2871 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
2872 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
2873 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
2874 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
2875 and remainder are computed.
2876
2877 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
2878 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
2879 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
2880 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
2881 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
2882
2883 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
2884 @item @samp{udivmod@var{m}4}
2885 Similar, but does unsigned division.
2886
2887 @anchor{shift patterns}
2888 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
2889 @item @samp{ashl@var{m}3}
2890 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
2891 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
2892 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
2893 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
2894 mode before generating the instruction.  The meaning of out-of-range shift
2895 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
2896 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
2897
2898 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
2899 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
2900 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
2901 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
2902 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
2903 Other shift and rotate instructions, analogous to the
2904 @code{ashl@var{m}3} instructions.
2905
2906 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
2907 @item @samp{neg@var{m}2}
2908 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
2909
2910 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
2911 @item @samp{abs@var{m}2}
2912 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
2913
2914 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
2915 @item @samp{sqrt@var{m}2}
2916 Store the square root of operand 1 into operand 0.
2917
2918 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
2919 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
2920 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2921 type @code{float}.
2922
2923 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
2924 @item @samp{cos@var{m}2}
2925 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
2926
2927 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
2928 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
2929 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2930 type @code{float}.
2931
2932 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
2933 @item @samp{sin@var{m}2}
2934 Store the sine of operand 1 into operand 0.
2935
2936 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
2937 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
2938 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2939 type @code{float}.
2940
2941 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
2942 @item @samp{exp@var{m}2}
2943 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
2944
2945 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
2946 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
2947 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2948 type @code{float}.
2949
2950 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
2951 @item @samp{log@var{m}2}
2952 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
2953
2954 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
2955 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
2956 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2957 type @code{float}.
2958
2959 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
2960 @item @samp{pow@var{m}3}
2961 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
2962 into operand 0.
2963
2964 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
2965 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
2966 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2967 type @code{float}.
2968
2969 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
2970 @item @samp{atan2@var{m}3}
2971 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
2972 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
2973 determine the quadrant of the result.
2974
2975 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
2976 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
2977 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2978 type @code{float}.
2979
2980 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
2981 @item @samp{floor@var{m}2}
2982 Store the largest integral value not greater than argument.
2983
2984 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
2985 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
2986 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2987 type @code{float}.
2988
2989 @cindex @code{trunc@var{m}2} instruction pattern
2990 @item @samp{trunc@var{m}2}
2991 Store the argument rounded to integer towards zero.
2992
2993 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
2994 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
2995 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2996 type @code{float}.
2997
2998 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
2999 @item @samp{round@var{m}2}
3000 Store the argument rounded to integer away from zero.
3001
3002 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
3003 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
3004 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3005 type @code{float}.
3006
3007 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
3008 @item @samp{ceil@var{m}2}
3009 Store the argument rounded to integer away from zero.
3010
3011 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
3012 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
3013 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3014 type @code{float}.
3015
3016 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
3017 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
3018 Store the argument rounded according to the default rounding mode
3019
3020 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
3021 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
3022 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3023 type @code{float}.
3024
3025 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
3026 @item @samp{ffs@var{m}2}
3027 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
3028 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
3029 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
3030 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
3031 generating the instruction.
3032
3033 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
3034 corresponds to the C data type @code{int}.
3035
3036 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
3037 @item @samp{clz@var{m}2}
3038 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
3039 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
3040 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
3041 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
3042 operand to that mode before generating the instruction.
3043
3044 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
3045 @item @samp{ctz@var{m}2}
3046 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
3047 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
3048 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
3049 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
3050 operand to that mode before generating the instruction.
3051
3052 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
3053 @item @samp{popcount@var{m}2}
3054 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
3055 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
3056 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
3057 generating the instruction.
3058
3059 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
3060 @item @samp{parity@var{m}2}
3061 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.@:e. the number of 1-bits
3062 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
3063 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
3064 the operand to that mode before generating the instruction.
3065
3066 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
3067 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
3068 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
3069
3070 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
3071 @item @samp{cmp@var{m}}
3072 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
3073 The RTL pattern should look like this:
3074
3075 @smallexample
3076 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3077                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
3078 @end smallexample
3079
3080 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
3081 @item @samp{tst@var{m}}
3082 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
3083 The RTL pattern should look like this:
3084
3085 @smallexample
3086 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
3087 @end smallexample
3088
3089 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
3090 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
3091 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
3092 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
3093
3094 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
3095 @item @samp{movmem@var{m}}
3096 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
3097 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
3098 address in mode @code{Pmode}.
3099
3100 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
3101 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
3102 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
3103 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
3104 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
3105 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
3106 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
3107
3108 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
3109 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
3110 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
3111 it may provide the value 4 for this operand.
3112
3113 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
3114 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
3115 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
3116 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
3117 individually moved data units in the block.
3118
3119 These patterns need not give special consideration to the possibility
3120 that the source and destination strings might overlap.
3121
3122 @cindex @code{movstr} instruction pattern
3123 @item @samp{movstr}
3124 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
3125 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
3126 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
3127 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
3128 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
3129 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
3130
3131 @cindex @code{clrmem@var{m}} instruction pattern
3132 @item @samp{clrmem@var{m}}
3133 Block clear instruction.  The destination string is the first operand,
3134 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
3135 number of bytes to clear is the second operand, in mode @var{m}.  See
3136 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
3137
3138 The third operand is the known alignment of the destination, in the form
3139 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
3140 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
3141 operand.
3142
3143 The use for multiple @code{clrmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
3144
3145 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
3146 @item @samp{cmpstr@var{m}}
3147 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
3148 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
3149 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
3150 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
3151 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
3152 at a time since either string may end in the first byte and reading past
3153 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
3154 effect of the instruction is to store a value in operand 0 whose sign
3155 indicates the result of the comparison.
3156
3157 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
3158 @item @samp{cmpmem@var{m}}
3159 Block compare instruction, with five operands like the operands
3160 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
3161 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
3162 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
3163 any bytes in the two memory blocks.  The effect of the instruction is
3164 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
3165 comparison.
3166
3167 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
3168 @item @samp{strlen@var{m}}
3169 Compute the length of a string, with three operands.
3170 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
3171 a @code{mem} referring to the first character of the string,
3172 operand 2 is the character to search for (normally zero),
3173 and operand 3 is a constant describing the known alignment
3174 of the beginning of the string.
3175
3176 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
3177 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
3178 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
3179 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
3180 @var{n}).
3181
3182 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
3183 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
3184 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
3185 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
3186 @var{n}).
3187
3188 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
3189 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
3190 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3191 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
3192 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
3193 the value of operand 1 is an integer.
3194
3195 If the machine description defines this pattern, it also needs to
3196 define the @code{ftrunc} pattern.
3197
3198 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
3199 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
3200 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3201 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
3202 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
3203 value of operand 1 is an integer.
3204
3205 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
3206 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
3207 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
3208 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
3209 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
3210
3211 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
3212 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
3213 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
3214 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
3215
3216 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
3217 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
3218 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
3219 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
3220
3221 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
3222 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
3223 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
3224 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
3225 point or both floating point.
3226
3227 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
3228 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
3229 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
3230 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
3231 point or both floating point.
3232
3233 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
3234 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
3235 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
3236 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
3237 point.
3238
3239 @cindex @code{extv} instruction pattern
3240 @item @samp{extv}
3241 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
3242 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
3243 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
3244 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
3245 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
3246 be valid for @code{word_mode}.
3247
3248 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
3249 for operands 2 and 3.
3250
3251 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
3252 before it is stored in operand 0.
3253
3254 @cindex @code{extzv} instruction pattern
3255 @item @samp{extzv}
3256 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
3257
3258 @cindex @code{insv} instruction pattern
3259 @item @samp{insv}
3260 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
3261 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
3262 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
3263 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
3264 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
3265
3266 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
3267 for operands 1 and 2.
3268
3269 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
3270 @item @samp{mov@var{mode}cc}
3271 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
3272 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
3273 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
3274
3275 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
3276 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
3277 conditionally move an integer value based on the floating point condition
3278 codes and vice versa.
3279
3280 If the machine does not have conditional move instructions, do not
3281 define these patterns.
3282
3283 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
3284 @item @samp{add@var{mode}cc}
3285 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
3286 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
3287 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
3288 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
3289
3290 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
3291 @item @samp{s@var{cond}}
3292 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
3293 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
3294 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
3295 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
3296
3297 You specify the mode that the operand must have when you write the
3298 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
3299 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
3300
3301 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
3302 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
3303 you should omit it from the machine description.  You describe to the
3304 compiler exactly which value is stored by defining the macro
3305 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
3306 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
3307 should omit those operations from the machine description.
3308
3309 These operations may fail, but should do so only in relatively
3310 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
3311 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
3312
3313 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
3314 that copies the constant one to the target and branches around an
3315 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
3316 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
3317 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
3318 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
3319 the machine description.
3320
3321 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
3322 @item @samp{b@var{cond}}
3323 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
3324 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
3325 condition @var{cond}.
3326
3327 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
3328 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
3329 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
3330 simply store the operands away and generate all the required insns in a
3331 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
3332 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
3333 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
3334 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
3335
3336 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
3337 where the mode used for the comparison depends on the condition being
3338 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
3339
3340 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
3341 @samp{s@var{cond}} patterns.
3342
3343 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
3344 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
3345 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
3346 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
3347 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
3348 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
3349
3350 @cindex @code{jump} instruction pattern
3351 @item @samp{jump}
3352 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
3353 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
3354 on all machines.
3355
3356 @cindex @code{call} instruction pattern
3357 @item @samp{call}
3358 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
3359 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
3360 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
3361 operands.
3362
3363 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
3364 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
3365 to put this information into the assembler code; they can put it in
3366 the RTL instead of operand 1.
3367
3368 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
3369 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
3370 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
3371 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
3372 instruction, the pattern for this operation should be a
3373 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
3374 address into a register and uses that register in the call instruction.
3375
3376 @cindex @code{call_value} instruction pattern
3377 @item @samp{call_value}
3378 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
3379 register in which the value is returned.  There are three more
3380 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
3381 instruction (but with numbers increased by one).
3382
3383 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
3384 insn.
3385
3386 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
3387 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
3388 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
3389 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
3390 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
3391 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
3392 adjustment made to the frame pointer.
3393
3394 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
3395 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
3396 can be eliminated, if desired.
3397
3398 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
3399 @item @samp{untyped_call}
3400 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
3401 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
3402 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
3403 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3404 the saving of a function return value into the result block.
3405
3406 This instruction pattern should be defined to support
3407 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
3408 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
3409 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
3410 multiple registers that can hold a return value
3411 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
3412
3413 @cindex @code{return} instruction pattern
3414 @item @samp{return}
3415 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
3416 defined only if a single instruction can do all the work of returning
3417 from a function.
3418
3419 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
3420 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
3421 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
3422 some class of functions only requires one instruction to implement a
3423 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
3424 to save any registers or allocate stack space.
3425
3426 @findex reload_completed
3427 @findex leaf_function_p
3428 For such machines, the condition specified in this pattern should only
3429 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
3430 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
3431 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
3432 a register window push is required.
3433
3434 Machines that have conditional return instructions should define patterns
3435 such as
3436
3437 @smallexample
3438 (define_insn ""
3439   [(set (pc)
3440         (if_then_else (match_operator
3441                          0 "comparison_operator"
3442                          [(cc0) (const_int 0)])
3443                       (return)
3444                       (pc)))]
3445   "@var{condition}"
3446   "@dots{}")
3447 @end smallexample
3448
3449 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
3450 named @samp{return} pattern.
3451
3452 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
3453 @item @samp{untyped_return}
3454 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
3455 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
3456 instructions are needed to return a value of any type.
3457
3458 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
3459 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
3460 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3461 the restoring of a function return value from the result block.
3462
3463 @cindex @code{nop} instruction pattern
3464 @item @samp{nop}
3465 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
3466 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
3467 RTL pattern.
3468
3469 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
3470 @item @samp{indirect_jump}
3471 An instruction to jump to an address which is operand zero.
3472 This pattern name is mandatory on all machines.
3473
3474 @cindex @code{casesi} instruction pattern
3475 @item @samp{casesi}
3476 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
3477 This instruction takes five operands:
3478
3479 @enumerate
3480 @item
3481 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
3482
3483 @item
3484 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
3485
3486 @item
3487 The total range of indices in the table---the largest index
3488 minus the smallest one (both inclusive).
3489
3490 @item
3491 A label that precedes the table itself.
3492
3493 @item
3494 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
3495 (If the machine-description macro @code{CASE_DROPS_THROUGH} is defined,
3496 then an out-of-bounds index drops through to the code following
3497 the jump table instead of jumping to this label.  In that case,
3498 this label is not actually used by the @samp{casesi} instruction,
3499 but it is always provided as an operand.)
3500 @end enumerate
3501
3502 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
3503 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
3504 difference between the upper bound and the lower bound.
3505
3506 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
3507 @item @samp{tablejump}
3508 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
3509 capability which can be used to implement a dispatch table when there
3510 is no @samp{casesi} pattern.
3511
3512 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
3513 which should immediately precede the jump table.  If the macro
3514 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
3515 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
3516 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
3517 mode @code{Pmode}.
3518
3519 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
3520 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
3521 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
3522 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
3523
3524
3525 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
3526 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
3527 Conditional branch instruction that decrements a register and
3528 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
3529 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
3530 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
3531
3532 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
3533 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
3534 reduction is enabled.
3535
3536 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
3537 @item @samp{doloop_end}
3538 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
3539 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
3540 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
3541 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
3542 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
3543 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
3544 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
3545 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
3546 @xref{Looping Patterns}.
3547
3548 This optional instruction pattern should be defined for machines with
3549 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
3550 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
3551 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3552 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
3553 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
3554 too large for this instruction, make it fail.
3555
3556 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
3557 @item @samp{doloop_begin}
3558 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
3559 need to perform some initialization, such as loading special registers
3560 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
3561 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
3562 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
3563
3564
3565 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
3566 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
3567 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
3568 into operand 0.
3569
3570 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
3571 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
3572 and also has mode @code{Pmode}.
3573
3574 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
3575 the address of the function which would be called if the function
3576 pointer were used in an indirect call.
3577
3578 Only define this pattern if function pointers on the target machine
3579 can have different values but still call the same function when
3580 used in an indirect call.
3581
3582 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
3583 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
3584 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
3585 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
3586 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
3587 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
3588 @item @samp{save_stack_block}
3589 @itemx @samp{save_stack_function}
3590 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
3591 @itemx @samp{restore_stack_block}
3592 @itemx @samp{restore_stack_function}
3593 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
3594 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
3595 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
3596 such machines.
3597
3598 Some machines require special handling for stack pointer saves and
3599 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
3600 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
3601 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
3602 saves and restores are:
3603
3604 @enumerate
3605 @item
3606 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
3607 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
3608 restores the stack pointer when the block is exited.
3609
3610 @item
3611 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
3612 similar job for the outermost block of a function and are used when the
3613 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
3614 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
3615 restore sequence on some machines.
3616
3617 @item
3618 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
3619 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
3620 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
3621 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
3622 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
3623 and restoring additional data such as register window information or
3624 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
3625 such required data.
3626 @end enumerate
3627
3628 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
3629 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
3630 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
3631 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
3632 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
3633 for a particular type of save (either because no save is needed or
3634 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
3635 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
3636 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
3637 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
3638
3639 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
3640 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
3641 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
3642
3643 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
3644 @item @samp{allocate_stack}
3645 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
3646 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
3647
3648 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
3649 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
3650 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
3651 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
3652 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
3653 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
3654 stack is free.
3655
3656 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
3657 Some machines require other operations such as stack probes or
3658 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
3659 operations in addition to updating the stack pointer.
3660
3661 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
3662 @item @samp{check_stack}
3663 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
3664 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
3665 to perform the needed check and signaling an error if the stack
3666 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
3667 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
3668 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
3669 limit from a global or thread-specific variable or register.
3670
3671 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
3672 @item @samp{nonlocal_goto}
3673 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
3674 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
3675 each representing a value to be used in the jump.  The first
3676 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
3677 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
3678 the third is the address of a location where the stack is saved,
3679 and the last is the address of the label, to be placed in the
3680 location for the incoming static chain.
3681
3682 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
3683 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
3684 and static chain, restore the stack (using the
3685 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
3686 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
3687 not work on your machine.
3688
3689 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
3690 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
3691 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
3692 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
3693 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
3694 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
3695 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
3696 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
3697 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
3698 There are no arguments.
3699
3700 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
3701 @item @samp{exception_receiver}
3702 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3703 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3704 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3705 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3706 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
3707 an exception.  There are no arguments.
3708
3709 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
3710 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
3711 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
3712 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
3713 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
3714 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
3715 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
3716 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
3717 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
3718 the first three are normally used by the generic mechanism.
3719
3720 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
3721 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
3722 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3723 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3724 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3725 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3726 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
3727 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
3728 at a small offset from that label.
3729
3730 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
3731 @item @samp{builtin_longjmp}
3732 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
3733 You will not normally need to define this pattern unless you also define
3734 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
3735 @code{jmp_buf}.
3736
3737 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
3738 @item @samp{eh_return}
3739 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
3740 and thence the call frame exception handling library routines, are
3741 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
3742 the abnormal return path.
3743
3744 The address of the exception handler to which the function should return
3745 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
3746 the pattern to some special register or memory location.
3747 If the pattern needs to determine the location of the target call
3748 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
3749 if defined; it will have already been assigned.
3750
3751 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
3752 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
3753 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
3754 handling is to be used.
3755
3756 @cindex @code{prologue} instruction pattern
3757 @anchor{prologue instruction pattern}
3758 @item @samp{prologue}
3759 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
3760 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
3761 pointer register, saving callee saved registers, etc.
3762
3763 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
3764 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
3765
3766 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
3767 instruction scheduling.
3768
3769 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
3770 @anchor{epilogue instruction pattern}
3771 @item @samp{epilogue}
3772 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
3773 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
3774 registers and emitting the return instruction.
3775
3776 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
3777 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
3778
3779 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
3780 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
3781
3782 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
3783 @item @samp{sibcall_epilogue}
3784 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
3785 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
3786 sibling call (aka tail call) sites.
3787
3788 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
3789 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
3790 function.
3791
3792 @cindex @code{trap} instruction pattern
3793 @item @samp{trap}
3794 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
3795 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
3796 front end to signal `invalid array index' exceptions.
3797
3798 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
3799 @item @samp{conditional_trap}
3800 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
3801 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
3802
3803 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
3804
3805 @smallexample
3806 (define_insn "conditional_trap"
3807   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
3808              [(cc0) (const_int 0)])
3809             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
3810   ""
3811   "@dots{}")
3812 @end smallexample
3813
3814 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
3815 @item @samp{prefetch}
3816
3817 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
3818 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
3819 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
3820 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
3821 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
3822 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
3823 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
3824 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
3825 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
3826
3827 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
3828 the values of operands 1 and 2.
3829
3830 @end table
3831
3832 @end ifset
3833 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
3834 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
3835 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
3836 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
3837 @ifset INTERNALS
3838 @node Pattern Ordering
3839 @section When the Order of Patterns Matters
3840 @cindex Pattern Ordering
3841 @cindex Ordering of Patterns
3842
3843 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
3844 pattern that appears first in the machine description is the one used.
3845 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
3846 and faster instructions (those that will produce better code when they
3847 do match) should usually go first in the description.
3848
3849 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
3850 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
3851 instruction for converting a fullword to floating point and another
3852 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
3853 an integer to floating point could match either one.  We put the
3854 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
3855 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
3856 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
3857 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
3858 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
3859 constant value.
3860
3861 @end ifset
3862 @ifset INTERNALS
3863 @node Dependent Patterns
3864 @section Interdependence of Patterns
3865 @cindex Dependent Patterns
3866 @cindex Interdependence of Patterns
3867
3868 Every machine description must have a named pattern for each of the
3869 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
3870 must always have the form
3871
3872 @smallexample
3873 (set (pc)
3874      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3875                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
3876                    (pc)))
3877 @end smallexample
3878
3879 @noindent
3880 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
3881 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
3882 look like
3883
3884 @smallexample
3885 (set (pc)
3886      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3887                    (pc)
3888                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
3889 @end smallexample
3890
3891 @noindent
3892 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
3893 branches into reverse-conditional branches.
3894
3895 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
3896 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
3897 example,
3898
3899 @smallexample
3900 (define_insn ""
3901   [(set (pc)
3902         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
3903                                       [(cc0) (const_int 0)])
3904                       (pc)
3905                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
3906   "@var{condition}"
3907   "@dots{}")
3908 @end smallexample
3909
3910 In some cases machines support instructions identical except for the
3911 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
3912 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
3913 patterns are
3914
3915 @smallexample
3916 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3917      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
3918
3919 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3920      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
3921 @end smallexample
3922
3923 @noindent
3924 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
3925 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
3926 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
3927 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
3928 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
3929 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
3930
3931 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
3932 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
3933 compilations.
3934
3935 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
3936 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
3937 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
3938 you should not provide separate patterns for increment and decrement
3939 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
3940 that supports register-register add insns by examining the operands and
3941 generating the appropriate machine instruction.
3942
3943 @end ifset
3944 @ifset INTERNALS
3945 @node Jump Patterns
3946 @section Defining Jump Instruction Patterns
3947 @cindex jump instruction patterns
3948 @cindex defining jump instruction patterns
3949
3950 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
3951 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
3952 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
3953 insn tests the condition code and branches or not according its value.
3954 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
3955 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
3956 way.
3957
3958 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
3959 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
3960 these machines is to treat them just like the others until the final stage
3961 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
3962 compare instruction, peek ahead at the following branch using
3963 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
3964 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
3965 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
3966 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
3967 can treat signed and unsigned branches identically.
3968
3969 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
3970 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
3971 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
3972 until the end.
3973
3974 To go with this technique, you must define the machine-description macro
3975 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
3976 compare instruction is superfluous.
3977
3978 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
3979 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
3980 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
3981 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
3982 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
3983
3984 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
3985 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
3986 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
3987 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
3988 above in addition to any special patterns you define.
3989
3990 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
3991 code and there may not even be a separate condition code register.  On
3992 these machines, the restriction that the definition and use of the
3993 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
3994 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
3995 delay for taken branches unless the condition code register is set three
3996 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
3997 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
3998 separate the definition and use of the condition code register.
3999
4000 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
4001 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
4002 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
4003 comparison result can be placed in any general register, or if there are
4004 multiple condition registers, use a pseudo register.
4005
4006 @findex prev_cc0_setter
4007 @findex next_cc0_user
4008 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
4009 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
4010 SPARC, setting the condition code directly from an add or subtract
4011 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
4012 instruction does, so a different branch instruction must be used for
4013 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
4014 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
4015 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
4016 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
4017 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
4018 and @code{next_cc0_user}.
4019
4020 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
4021 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
4022 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
4023 we use the machine mode of the condition code register to record
4024 different formats of the condition code register.
4025
4026 Registers used to store the condition code value should have a mode that
4027 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
4028 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
4029 the SPARC), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
4030 additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
4031 @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
4032
4033 If it is known during RTL generation that a different mode will be
4034 required (for example, if the machine has separate compare instructions
4035 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
4036 be specified at that time.
4037
4038 If the cases that require different modes would be made by instruction
4039 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
4040 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
4041 written using that mode.  To support the case of the add on the SPARC
4042 discussed above, we have the pattern
4043
4044 @smallexample
4045 (define_insn ""
4046   [(set (reg:CC_NOOV 0)
4047         (compare:CC_NOOV
4048           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
4049                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
4050           (const_int 0)))]
4051   ""
4052   "@dots{}")
4053 @end smallexample
4054
4055 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the SPARC returns @code{CC_NOOVmode}
4056 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
4057
4058 @end ifset
4059 @ifset INTERNALS
4060 @node Looping Patterns
4061 @section Defining Looping Instruction Patterns
4062 @cindex looping instruction patterns
4063 @cindex defining looping instruction patterns
4064
4065 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
4066 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
4067 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
4068 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
4069 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
4070 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
4071 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
4072 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
4073 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
4074 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
4075 the jump.
4076
4077 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
4078 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
4079 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
4080 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
4081 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
4082 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
4083 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
4084 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
4085 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
4086 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
4087 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
4088 following for its @code{dbra} instruction:
4089
4090 @smallexample
4091 @group
4092 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
4093   [(set (pc)
4094         (if_then_else
4095           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
4096                        (const_int -1))
4097               (const_int 0))
4098           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
4099           (pc)))
4100    (set (match_dup 0)
4101         (plus:SI (match_dup 0)
4102                  (const_int -1)))]
4103   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
4104   "@dots{}")
4105 @end group
4106 @end smallexample
4107
4108 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
4109 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
4110 since this insn is generated by the instruction combination phase
4111 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
4112 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
4113 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
4114 pattern will not be matched by the combiner.
4115
4116 @smallexample
4117 @group
4118 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
4119   [(set (pc)
4120         (if_then_else
4121           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
4122               (const_int 1))
4123           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
4124           (pc)))
4125    (set (match_dup 0)
4126         (plus:SI (match_dup 0)
4127                  (const_int -1)))]
4128   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
4129   "@dots{}")
4130 @end group
4131 @end smallexample
4132
4133 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
4134 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
4135 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
4136 information collected during strength reduction.
4137
4138 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
4139 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
4140 is an optional companion pattern that can be used for initialization
4141 needed for some low-overhead looping instructions.
4142
4143 Note that some machines require the actual looping instruction to be
4144 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
4145 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
4146 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
4147 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
4148 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
4149 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
4150 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
4151 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
4152 desired special iteration counter register was not allocated, this
4153 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
4154 instruction pair.
4155
4156 The essential difference between the
4157 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
4158 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
4159 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
4160 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
4161 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
4162 may become redundant and removed by the flow pass.
4163
4164
4165 @end ifset
4166 @ifset INTERNALS
4167 @node Insn Canonicalizations
4168 @section Canonicalization of Instructions
4169 @cindex canonicalization of instructions
4170 @cindex insn canonicalization
4171
4172 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
4173 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
4174 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
4175 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
4176 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
4177 number of insn patterns required.
4178
4179 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
4180 are performed:
4181
4182 @itemize @bullet
4183 @item
4184 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
4185 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
4186 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
4187 be supplied.
4188
4189 @item
4190 For associative operators, a sequence of operators will always chain
4191 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
4192 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
4193 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
4194 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
4195 floating-point.
4196
4197 @item
4198 @cindex @code{neg}, canonicalization of
4199 @cindex @code{not}, canonicalization of
4200 @cindex @code{mult}, canonicalization of
4201 @cindex @code{plus}, canonicalization of
4202 @cindex @code{minus}, canonicalization of
4203 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
4204 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
4205 first operand.
4206
4207 @item
4208 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
4209 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
4210 the operations as far as possible.  For instance,
4211 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
4212 @code{(plus (mult (neg A) B) C)} is canonicalized as
4213 @code{(minus A (mult B C))}.
4214
4215 @cindex @code{compare}, canonicalization of
4216 @item
4217 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
4218 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
4219 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
4220 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
4221 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
4222 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
4223 such an instruction.
4224
4225 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
4226 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
4227 above.
4228
4229 @item
4230 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
4231 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
4232
4233 @item
4234 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
4235 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
4236
4237 @cindex @code{ior}, canonicalization of
4238 @cindex @code{and}, canonicalization of
4239 @cindex De Morgan's law
4240 @item
4241 De`Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
4242 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
4243 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
4244
4245 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
4246 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
4247 for that instruction as
4248
4249 @smallexample
4250 (define_insn ""
4251   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
4252         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
4253                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
4254   "@dots{}"
4255   "@dots{}")
4256 @end smallexample
4257
4258 @noindent
4259 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
4260
4261 @smallexample
4262 (define_insn ""
4263   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
4264         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
4265                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
4266   "@dots{}"
4267   "@dots{}")
4268 @end smallexample
4269
4270 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
4271 logically equivalent RTL expressions.
4272
4273 @cindex @code{xor}, canonicalization of
4274 @item
4275 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
4276 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
4277 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
4278
4279 @item
4280 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
4281 the form
4282
4283 @smallexample
4284 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
4285 @end smallexample
4286
4287 @item
4288 On machines that do not use @code{cc0},
4289 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
4290 @var{x}.
4291
4292 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
4293 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
4294 @item
4295 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
4296 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
4297 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
4298
4299 @end itemize
4300
4301 @end ifset
4302 @ifset INTERNALS
4303 @node Expander Definitions
4304 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
4305 @cindex expander definitions
4306 @cindex code generation RTL sequences
4307 @cindex defining RTL sequences for code generation
4308
4309 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
4310 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
4311 represent them.  For these target machines, you can write a
4312 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
4313
4314 @findex define_expand
4315 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
4316 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
4317 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
4318
4319 A @code{define_expand} RTX has four operands:
4320
4321 @itemize @bullet
4322 @item
4323 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
4324 use for it is to refer to it by name.
4325
4326 @item
4327 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
4328 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
4329 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
4330
4331 @item
4332 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
4333 used to express how the availability of this pattern depends on
4334 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
4335 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
4336 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
4337 depend on the data in the insn being matched, but only the
4338 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
4339 during initialization in order to learn exactly which named instructions
4340 are available in a particular run.
4341
4342 @item
4343 The preparation statements, a string containing zero or more C
4344 statements which are to be executed before RTL code is generated from
4345 the RTL template.
4346
4347 Usually these statements prepare temporary registers for use as
4348 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
4349 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
4350 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
4351 @end itemize
4352
4353 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
4354 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
4355 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
4356 it.
4357
4358 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
4359 also describes the operands that need to be specified when this pattern
4360 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
4361
4362 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
4363 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
4364 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
4365 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
4366 information to preload the operand into a register if that is required for
4367 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
4368 references should use @code{match_dup}.
4369
4370 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
4371 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
4372 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
4373 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
4374 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
4375 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
4376 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
4377 compute the values and store them into the appropriate elements of
4378 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
4379
4380 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
4381 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
4382 as a statement.
4383
4384 @table @code
4385
4386 @findex DONE
4387 @item DONE
4388 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
4389 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
4390 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
4391 preparation statements; the RTL template will not be generated.
4392
4393 @findex FAIL
4394 @item FAIL
4395 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
4396 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
4397 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
4398
4399 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
4400 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
4401 operations.
4402 @end table
4403
4404 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
4405 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
4406 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
4407 insn.
4408
4409 The RTL template is not used for matching, only for generating the
4410 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
4411 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
4412 list of operands, such as this example:
4413
4414 @smallexample
4415 @group
4416 (define_expand "addsi3"
4417   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4418    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4419    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
4420 @end group
4421 @group
4422   ""
4423   "
4424 @{
4425   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
4426   DONE;
4427 @}")
4428 @end group
4429 @end smallexample
4430
4431 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
4432
4433 @smallexample
4434 @group
4435 (define_expand "ashlsi3"
4436   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4437         (ashift:SI
4438 @end group
4439 @group
4440           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4441           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
4442   ""
4443   "
4444 @end group
4445 @end smallexample
4446
4447 @smallexample
4448 @group
4449 @{
4450   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
4451       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
4452     FAIL;
4453 @}")
4454 @end group
4455 @end smallexample
4456
4457 @noindent
4458 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
4459 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
4460 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
4461 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
4462 library call).
4463
4464 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
4465 patterns with names, then it would be possible to use a
4466 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
4467 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
4468
4469 @smallexample
4470 (define_expand "zero_extendhisi2"
4471   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
4472         (const_int 0))
4473    (set (strict_low_part
4474           (subreg:HI
4475             (match_dup 0)
4476             0))
4477         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
4478   ""
4479   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
4480 @end smallexample
4481
4482 @noindent
4483 @findex make_safe_from
4484 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
4485 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
4486 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
4487 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
4488 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
4489 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
4490 by emitting another RTL insn.
4491
4492 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
4493 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
4494 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
4495 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
4496 on this machine.  So it must be copied into a register with
4497 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
4498
4499 @smallexample
4500 (define_expand "zero_extendhisi2"
4501   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4502         (and:SI (subreg:SI
4503                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
4504                   0)
4505                 (match_dup 2)))]
4506   ""
4507   "operands[2]
4508      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
4509 @end smallexample
4510
4511 @strong{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
4512 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
4513 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
4514 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
4515 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
4516 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
4517 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
4518 in the compiler.
4519
4520 @end ifset
4521 @ifset INTERNALS
4522 @node Insn Splitting
4523 @section Defining How to Split Instructions
4524 @cindex insn splitting
4525 @cindex instruction splitting
4526 @cindex splitting instructions
4527
4528 There are two cases where you should specify how to split a pattern
4529 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
4530 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
4531 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
4532 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
4533 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
4534 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
4535 cannot be placed into a delay slot.
4536
4537 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
4538 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
4539 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
4540 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
4541 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
4542 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
4543 scheduling.
4544
4545 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
4546 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
4547 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
4548 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
4549 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
4550 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
4551 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
4552 split the addition into two insns is machine-dependent.
4553
4554 @findex define_split
4555 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
4556 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
4557
4558 @smallexample
4559 (define_split
4560   [@var{insn-pattern}]
4561   "@var{condition}"
4562   [@var{new-insn-pattern-1}
4563    @var{new-insn-pattern-2}
4564    @dots{}]
4565   "@var{preparation-statements}")
4566 @end smallexample
4567
4568 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
4569 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
4570 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
4571 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
4572 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
4573 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
4574
4575 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
4576 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4577 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
4578 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
4579 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
4580 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
4581 must not allocate any space in the stack frame.
4582
4583 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
4584 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
4585 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
4586 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
4587 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
4588 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
4589 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
4590 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
4591 of those definitions.
4592
4593 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
4594 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
4595 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
4596
4597 @smallexample
4598 (define_split
4599   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4600         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
4601   ""
4602   [(set (match_dup 0)
4603         (ashift:SI (match_dup 1)
4604                    (const_int 16)))
4605    (set (match_dup 0)
4606         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
4607                      (const_int 16)))]
4608   "
4609 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
4610 @end smallexample
4611
4612 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
4613 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
4614 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
4615 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
4616 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
4617 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
4618 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
4619 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
4620 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
4621 @code{define_split} that will never produce insns that match).
4622
4623 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
4624 @file{rs6000.md}:
4625
4626 @smallexample
4627 (define_split
4628   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4629         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4630                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
4631   ""
4632   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
4633    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
4634 "
4635 @{
4636   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
4637   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
4638
4639   if (low & 0x8000)
4640     high++, low |= 0xffff0000;
4641
4642   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
4643   operands[4] = GEN_INT (low);
4644 @}")
4645 @end smallexample
4646
4647 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
4648 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
4649 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
4650 can be substituted into the address of a subsequent operation.
4651
4652 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
4653 an equality comparison of a register and a large constant:
4654
4655 @smallexample
4656 (define_split
4657   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
4658         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4659                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
4660    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
4661   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
4662    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
4663        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
4664   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
4665    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
4666   "
4667 @{
4668   /* Get the constant we are comparing against, C, and see what it
4669      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
4670      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.  */
4671
4672   int c = INTVAL (operands[2]);
4673   int sextc = (c << 16) >> 16;
4674   int xorv = c ^ sextc;
4675
4676   operands[4] = GEN_INT (xorv);
4677   operands[5] = GEN_INT (sextc);
4678 @}")
4679 @end smallexample
4680
4681 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
4682 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
4683 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
4684 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
4685 are not valid.
4686
4687 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
4688 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
4689 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
4690 several restriction apply.
4691
4692 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
4693 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
4694 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
4695 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
4696 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
4697 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
4698 @code{split_branch_probability} hold the probability of original branch in case
4699 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
4700 recomputing of edge frequencies, new sequence is required to have only
4701 forward jumps to the newly created labels.
4702
4703 @findex define_insn_and_split
4704 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
4705 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
4706 this:
4707
4708 @smallexample
4709 (define_insn_and_split
4710   [@var{insn-pattern}]
4711   "@var{condition}"
4712   "@var{output-template}"
4713   "@var{split-condition}"
4714   [@var{new-insn-pattern-1}
4715    @var{new-insn-pattern-2}
4716    @dots{}]
4717   "@var{preparation-statements}"
4718   [@var{insn-attributes}])
4719
4720 @end smallexample
4721
4722 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
4723 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
4724 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
4725 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
4726 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
4727 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
4728 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
4729 from i386.md:
4730
4731 @smallexample
4732 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
4733   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
4734      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
4735    (clobber (reg:CC 17))]
4736   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
4737   "#"
4738   "&& reload_completed"
4739   [(parallel [(set (match_dup 0)
4740                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
4741               (clobber (reg:CC 17))])]
4742   ""
4743   [(set_attr "type" "alu1")])
4744
4745 @end smallexample
4746
4747 In this case, the actual split condition will be
4748 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
4749
4750 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
4751 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
4752 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
4753 having to ensure the two patterns' templates match.
4754
4755 @end ifset
4756 @ifset INTERNALS
4757 @node Including Patterns
4758 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
4759 @cindex insn includes
4760
4761 @findex include
4762 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
4763 look for patterns that are in files other than in the file
4764 @file{.md}. This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
4765
4766 It looks like:
4767
4768 @smallexample
4769
4770 (include
4771   @var{pathname})
4772 @end smallexample
4773
4774 For example:
4775
4776 @smallexample
4777
4778 (include "filestuff")
4779
4780 @end smallexample
4781
4782 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
4783 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}. The
4784 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
4785
4786
4787 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
4788 and placed into subdirectories.
4789
4790 By specifying:
4791
4792 @smallexample
4793
4794 (include "BOGUS/filestuff")
4795
4796 @end smallexample
4797
4798 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
4799
4800 Specifying an absolute path for the include file such as;
4801 @smallexample
4802
4803 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
4804
4805 @end smallexample
4806 is permitted but is not encouraged.
4807
4808 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
4809 @cindex directory options .md
4810 @cindex options, directory search
4811 @cindex search options
4812
4813 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
4814 For example:
4815
4816 @smallexample
4817
4818 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
4819
4820 @end smallexample
4821
4822
4823 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
4824 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
4825 file, substituting your own version, since these directories are
4826 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
4827 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
4828 order; the standard default directory come after.
4829
4830
4831 @end ifset
4832 @ifset INTERNALS
4833 @node Peephole Definitions
4834 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
4835 @cindex peephole optimizer definitions
4836 @cindex defining peephole optimizers
4837
4838 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
4839 definitions of machine-specific peephole optimizations.
4840
4841 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
4842 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
4843 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
4844 though the second one does not appear to use a register computed in the
4845 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
4846 opportunities.
4847
4848 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
4849 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
4850 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
4851 is deprecated.
4852
4853 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
4854 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
4855 but before scheduling, which may result in much better code for
4856 targets that do scheduling.
4857
4858 @menu
4859 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
4860 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
4861 @end menu
4862
4863 @end ifset
4864 @ifset INTERNALS
4865 @node define_peephole
4866 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
4867 @findex define_peephole
4868
4869 @need 1000
4870 A definition looks like this:
4871
4872 @smallexample
4873 (define_peephole
4874   [@var{insn-pattern-1}
4875    @var{insn-pattern-2}
4876    @dots{}]
4877   "@var{condition}"
4878   "@var{template}"
4879   "@var{optional-insn-attributes}")
4880 @end smallexample
4881
4882 @noindent
4883 The last string operand may be omitted if you are not using any
4884 machine-specific information in this machine description.  If present,
4885 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
4886
4887 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
4888 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
4889 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
4890 the next, and so on.
4891
4892 Each of the insns matched by a peephole must also match a
4893 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
4894 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
4895 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
4896 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
4897 stages.
4898
4899 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
4900 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
4901 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
4902 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
4903 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
4904 other.
4905
4906 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
4907 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
4908 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
4909 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
4910 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
4911
4912 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
4913 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
4914 previously tested.
4915
4916 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
4917 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
4918 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
4919 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
4920 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
4921 patterns.
4922
4923 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
4924 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
4925 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
4926 the operands.
4927
4928 @findex prev_active_insn
4929 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
4930 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
4931 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
4932 to refer to the last of the insns being matched; use
4933 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
4934
4935 @findex dead_or_set_p
4936 When optimizing computations with intermediate results, you can use
4937 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
4938 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
4939 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
4940 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
4941 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
4942 value (from @code{operands[@var{i}]}).
4943
4944 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
4945 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
4946 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
4947 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
4948 used in matching the original sequence of insns.
4949
4950 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
4951 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
4952 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
4953 as the insn pattern to control how the insn is output.
4954
4955 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
4956 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
4957
4958 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
4959
4960 @smallexample
4961 (define_peephole
4962   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
4963    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
4964         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
4965   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
4966 @{
4967   rtx xoperands[2];
4968   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
4969 #ifdef MOTOROLA
4970   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
4971   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
4972   return "fmove.d (sp)+,%0";
4973 #else
4974   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
4975   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
4976   return "fmoved sp@@+,%0";
4977 #endif
4978 @})
4979 @end smallexample
4980
4981 @need 1000
4982 The effect of this optimization is to change
4983
4984 @smallexample
4985 @group
4986 jbsr _foobar
4987 addql #4,sp
4988 movel d1,sp@@-
4989 movel d0,sp@@-
4990 fmoved sp@@+,fp0
4991 @end group
4992 @end smallexample
4993
4994 @noindent
4995 into
4996
4997 @smallexample
4998 @group
4999 jbsr _foobar
5000 movel d1,sp@@
5001 movel d0,sp@@-
5002 fmoved sp@@+,fp0
5003 @end group
5004 @end smallexample
5005
5006 @ignore
5007 @findex CC_REVERSED
5008 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
5009 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
5010 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
5011 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
5012 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
5013 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
5014 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
5015 and in this C code check the condition code status flags and change the
5016 assembler code as appropriate.
5017 @end ignore
5018
5019 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
5020 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
5021 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
5022 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
5023 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
5024 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
5025 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
5026 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
5027 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
5028
5029 @smallexample
5030 (define_insn "divmodsi4"
5031   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
5032         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
5033                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
5034    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
5035         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
5036   "TARGET_68020"
5037   "divsl%.l %2,%3:%0")
5038 @end smallexample
5039
5040 @noindent
5041 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
5042
5043 @smallexample
5044 (define_peephole
5045   [@dots{}
5046    (parallel
5047     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
5048           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
5049                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
5050      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
5051           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
5052    @dots{}]
5053   @dots{})
5054 @end smallexample
5055
5056 @end ifset
5057 @ifset INTERNALS
5058 @node define_peephole2
5059 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
5060 @findex define_peephole2
5061
5062 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
5063 substitute one sequence of instructions for another sequence,
5064 what additional scratch registers may be needed and what their
5065 lifetimes must be.
5066
5067 @smallexample
5068 (define_peephole2
5069   [@var{insn-pattern-1}
5070    @var{insn-pattern-2}
5071    @dots{}]
5072   "@var{condition}"
5073   [@var{new-insn-pattern-1}
5074    @var{new-insn-pattern-2}
5075    @dots{}]
5076   "@var{preparation-statements}")
5077 @end smallexample
5078
5079 The definition is almost identical to @code{define_split}
5080 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
5081 single instruction, but a sequence of instructions.
5082
5083 It is possible to request additional scratch registers for use in the
5084 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
5085 will simply not match.
5086
5087 @findex match_scratch
5088 @findex match_dup
5089 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
5090 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
5091 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
5092 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
5093 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
5094 at which the register must be available.
5095
5096 Here is an example from the IA-32 machine description:
5097
5098 @smallexample
5099 (define_peephole2
5100   [(match_scratch:SI 2 "r")
5101    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5102                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
5103                      [(match_dup 0)
5104                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
5105               (clobber (reg:CC 17))])]
5106   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
5107   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
5108    (parallel [(set (match_dup 0)
5109                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
5110               (clobber (reg:CC 17))])]
5111   "")
5112 @end smallexample
5113
5114 @noindent
5115 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
5116 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
5117 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
5118 to be live only at the point just before the arithmetic.
5119
5120 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
5121 so here's a silly made-up example:
5122
5123 @smallexample
5124 (define_peephole2
5125   [(match_scratch:SI 4 "r")
5126    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
5127    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
5128    (match_dup 4)
5129    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
5130   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
5131   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
5132    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
5133    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
5134    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
5135   "")
5136 @end smallexample
5137
5138 @noindent
5139 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
5140 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
5141 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
5142
5143 @end ifset
5144 @ifset INTERNALS
5145 @node Insn Attributes
5146 @section Instruction Attributes
5147 @cindex insn attributes
5148 @cindex instruction attributes
5149
5150 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
5151 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
5152 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
5153 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
5154 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
5155 to track the condition codes.
5156
5157 @menu
5158 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
5159 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
5160 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
5161 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
5162 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
5163 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
5164 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
5165 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
5166 @end menu
5167
5168 @end ifset
5169 @ifset INTERNALS
5170 @node Defining Attributes
5171 @subsection Defining Attributes and their Values
5172 @cindex defining attributes and their values
5173 @cindex attributes, defining
5174
5175 @findex define_attr
5176 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
5177 by the target machine.  It looks like:
5178
5179 @smallexample
5180 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
5181 @end smallexample
5182
5183 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
5184
5185 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
5186 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
5187 indicate that the attribute takes numeric values.
5188
5189 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
5190 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
5191 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
5192 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
5193 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
5194
5195 @findex insn-attr.h
5196 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
5197 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
5198 specified for an attribute, the following are defined:
5199
5200 @itemize @bullet
5201 @item
5202 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
5203
5204 @item
5205 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
5206 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
5207 the attribute name and value are first converted to uppercase.
5208
5209 @item
5210 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
5211 returns the attribute value for that insn.
5212 @end itemize
5213
5214 For example, if the following is present in the @file{md} file:
5215
5216 @smallexample
5217 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
5218 @end smallexample
5219
5220 @noindent
5221 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
5222
5223 @smallexample
5224 #define HAVE_ATTR_type
5225 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
5226                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
5227 extern enum attr_type get_attr_type ();
5228 @end smallexample
5229
5230 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
5231 defined and the function to obtain the attribute's value will return
5232 @code{int}.
5233
5234 @end ifset
5235 @ifset INTERNALS
5236 @node Expressions
5237 @subsection Attribute Expressions
5238 @cindex attribute expressions
5239
5240 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
5241 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
5242 Attribute value expressions must have one of the following forms:
5243
5244 @table @code
5245 @cindex @code{const_int} and attributes
5246 @item (const_int @var{i})
5247 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
5248 must be non-negative.
5249
5250 The value of a numeric attribute can be specified either with a
5251 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
5252 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
5253 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
5254 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
5255
5256 @cindex @code{const_string} and attributes
5257 @item (const_string @var{value})
5258 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
5259 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
5260 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
5261 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
5262 of a @code{define_attr}.
5263
5264 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
5265 must be a string containing a non-negative integer (normally
5266 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
5267 contain one of the valid values for the attribute.
5268
5269 @cindex @code{if_then_else} and attributes
5270 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
5271 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
5272 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
5273 otherwise it is @var{false-value}.
5274
5275 @cindex @code{cond} and attributes
5276 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
5277 The first operand of this expression is a vector containing an even
5278 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
5279 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
5280 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
5281 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
5282 expression is that of the @var{default} expression.
5283 @end table
5284
5285 @var{test} expressions can have one of the following forms:
5286
5287 @table @code
5288 @cindex @code{const_int} and attribute tests
5289 @item (const_int @var{i})
5290 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
5291
5292 @cindex @code{not} and attributes
5293 @cindex @code{ior} and attributes
5294 @cindex @code{and} and attributes
5295 @item (not @var{test})
5296 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
5297 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
5298 These tests are true if the indicated logical function is true.
5299
5300 @cindex @code{match_operand} and attributes
5301 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
5302 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
5303 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
5304 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
5305 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
5306 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
5307 string).
5308
5309 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
5310
5311 @cindex @code{le} and attributes
5312 @cindex @code{leu} and attributes
5313 @cindex @code{lt} and attributes
5314 @cindex @code{gt} and attributes
5315 @cindex @code{gtu} and attributes
5316 @cindex @code{ge} and attributes
5317 @cindex @code{geu} and attributes
5318 @cindex @code{ne} and attributes
5319 @cindex @code{eq} and attributes
5320 @cindex @code{plus} and attributes
5321 @cindex @code{minus} and attributes
5322 @cindex @code{mult} and attributes
5323 @cindex @code{div} and attributes
5324 @cindex @code{mod} and attributes
5325 @cindex @code{abs} and attributes
5326 @cindex @code{neg} and attributes
5327 @cindex @code{ashift} and attributes
5328 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
5329 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
5330 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
5331 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
5332 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
5333 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
5334 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
5335 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
5336 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
5337 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
5338 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
5339 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
5340 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
5341 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
5342 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
5343 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
5344 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
5345
5346 @findex get_attr
5347 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
5348 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
5349 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
5350 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
5351 variable.
5352
5353 @findex eq_attr
5354 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
5355 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
5356
5357 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
5358 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
5359 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
5360 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
5361 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
5362 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
5363 @emph{not} in the specified list.
5364
5365 For example,
5366
5367 @smallexample
5368 (eq_attr "type" "load,store")
5369 @end smallexample
5370
5371 @noindent
5372 is equivalent to
5373
5374 @smallexample
5375 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
5376 @end smallexample
5377
5378 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
5379 value of the compiler variable @code{which_alternative}
5380 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
5381 example,
5382
5383 @smallexample
5384 (eq_attr "alternative" "2,3")
5385 @end smallexample
5386
5387 @noindent
5388 is equivalent to
5389
5390 @smallexample
5391 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
5392      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
5393 @end smallexample
5394
5395 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
5396 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
5397 a particular pattern.  This is by far the most common case.
5398
5399 @findex attr_flag
5400 @item (attr_flag @var{name})
5401 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
5402 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
5403 scheduled.
5404
5405 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
5406 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
5407 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
5408 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
5409 if a conditional branch is expected to be taken.
5410
5411 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
5412 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
5413
5414 This example describes a conditional branch delay slot which
5415 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
5416 for backward branches which are not taken (annul-false).
5417
5418 @smallexample
5419 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
5420   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
5421    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
5422         (attr_flag "forward"))
5423    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
5424         (attr_flag "backward"))])
5425 @end smallexample
5426
5427 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
5428 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5429
5430 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
5431 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5432 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
5433 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5434
5435 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
5436 meaning to other passes of the compiler.
5437
5438 @findex attr
5439 @item (attr @var{name})
5440 The value of another attribute is returned.  This is most useful
5441 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
5442 produce more efficient code for non-numeric attributes.
5443 @end table
5444
5445 @end ifset
5446 @ifset INTERNALS
5447 @node Tagging Insns
5448 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
5449 @cindex tagging insns
5450 @cindex assigning attribute values to insns
5451
5452 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
5453 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
5454 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
5455 have an optional last argument to specify the values of attributes for
5456 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
5457 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
5458 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
5459 permits the specification of the values for only one or two attributes
5460 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
5461 next section.
5462
5463 The optional last argument of @code{define_insn} and
5464 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
5465 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
5466 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
5467 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
5468 second operand of the @code{set} is an attribute expression
5469 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
5470
5471 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
5472 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
5473 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
5474 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
5475 each alternative.
5476
5477 @findex set_attr
5478 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
5479 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
5480 specifying a string giving either a single attribute value or a list
5481 of attribute values, one for each alternative.
5482
5483 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
5484 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
5485
5486 @table @code
5487 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
5488 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
5489 or a string containing a comma-separated list giving the values for
5490 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
5491 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
5492
5493 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
5494 which case the attribute will assume its default value for insns matching
5495 that alternative.
5496
5497 @findex set_attr_alternative
5498 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
5499 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
5500 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
5501 tests on the @samp{alternative} attribute.
5502
5503 @findex attr
5504 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
5505 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
5506 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
5507 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
5508 @end table
5509
5510 The following shows three different ways of representing the same
5511 attribute value specification:
5512
5513 @smallexample
5514 (set_attr "type" "load,store,arith")
5515
5516 (set_attr_alternative "type"
5517                       [(const_string "load") (const_string "store")
5518                        (const_string "arith")])
5519
5520 (set (attr "type")
5521      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
5522             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
5523            (const_string "arith")))
5524 @end smallexample
5525
5526 @need 1000
5527 @findex define_asm_attributes
5528 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
5529 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
5530 statement.  It has the form:
5531
5532 @smallexample
5533 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
5534 @end smallexample
5535
5536 @noindent
5537 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
5538 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
5539
5540 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
5541 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
5542
5543 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
5544 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
5545 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
5546 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
5547 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
5548 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
5549 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
5550 of a single machine instruction.
5551
5552 @end ifset
5553 @ifset INTERNALS
5554 @node Attr Example
5555 @subsection Example of Attribute Specifications
5556 @cindex attribute specifications example
5557 @cindex attribute specifications
5558
5559 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
5560 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
5561 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
5562 value.  This attribute is normally used only to define the default value
5563 for other attributes.  An example will clarify this usage.
5564
5565 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
5566 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
5567 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
5568 operations, floating point operations, and branches.
5569
5570 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
5571 the condition code and will limit ourselves to the following possible
5572 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
5573 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
5574 changed if the item previously set into the condition code has been
5575 modified.
5576
5577 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
5578
5579 @smallexample
5580 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
5581
5582 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
5583              (cond [(eq_attr "type" "load")
5584                         (const_string "change0")
5585                     (eq_attr "type" "store,branch")
5586                         (const_string "unchanged")
5587                     (eq_attr "type" "arith")
5588                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
5589                                       (const_string "set")
5590                                       (const_string "clobber"))]
5591                    (const_string "clobber")))
5592
5593 (define_insn ""
5594   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
5595         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
5596   ""
5597   "@@
5598    move %0,%1
5599    load %0,%1
5600    store %0,%1"
5601   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
5602 @end smallexample
5603
5604 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
5605 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
5606 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
5607 full-word result.
5608
5609 @end ifset
5610 @ifset INTERNALS
5611 @node Insn Lengths
5612 @subsection Computing the Length of an Insn
5613 @cindex insn lengths, computing
5614 @cindex computing the length of an insn
5615
5616 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
5617 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
5618 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
5619 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @samp{length}
5620 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
5621 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
5622
5623 In the case of the @samp{length} attribute, two additional forms of
5624 arithmetic terms are allowed in test expressions:
5625
5626 @table @code
5627 @cindex @code{match_dup} and attributes
5628 @item (match_dup @var{n})
5629 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
5630 must be a @code{label_ref}.
5631
5632 @cindex @code{pc} and attributes
5633 @item (pc)
5634 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
5635 been more consistent with other usage to make this the address of the
5636 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
5637 current insn is to be computed.
5638 @end table
5639
5640 @cindex @code{addr_vec}, length of
5641 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
5642 For normal insns, the length will be determined by value of the
5643 @samp{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
5644 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
5645 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
5646
5647 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
5648
5649 The following macros can be used to refine the length computation:
5650
5651 @table @code
5652 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
5653 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
5654 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
5655 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
5656 that contains the initially computed length of the insn and should be
5657 updated with the correct length of the insn.
5658
5659 This macro will normally not be required.  A case in which it is
5660 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
5661 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
5662 may be required.
5663 @end table
5664
5665 @findex get_attr_length
5666 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
5667 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
5668 determine the form of the branch instruction to be written, as the
5669 example below illustrates.
5670
5671 As an example of the specification of variable-length branches, consider
5672 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
5673 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
5674 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
5675 sequence to load the address from memory and then branch to it.
5676
5677 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
5678 as follows:
5679
5680 @smallexample
5681 (define_insn "jump"
5682   [(set (pc)
5683         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
5684   ""
5685 @{
5686    return (get_attr_length (insn) == 4
5687            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
5688 @}
5689   [(set (attr "length")
5690         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
5691                       (const_int 4)
5692                       (const_int 6)))])
5693 @end smallexample
5694
5695 @end ifset
5696 @ifset INTERNALS
5697 @node Constant Attributes
5698 @subsection Constant Attributes
5699 @cindex constant attributes
5700
5701 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
5702 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
5703 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
5704 used to specify which variety of processor is used.  For example,
5705
5706 @smallexample
5707 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
5708  (const
5709   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
5710          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
5711         (const_string "m88000"))))
5712
5713 (define_attr "memory" "fast,slow"
5714  (const
5715   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
5716                 (const_string "fast")
5717                 (const_string "slow"))))
5718 @end smallexample
5719
5720 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
5721 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
5722 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
5723 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
5724 forms involving insn attributes.
5725
5726 @end ifset
5727 @ifset INTERNALS
5728 @node Delay Slots
5729 @subsection Delay Slot Scheduling
5730 @cindex delay slots, defining
5731
5732 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
5733 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
5734 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
5735 after the instruction are executed as if they were located before it.
5736 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
5737 the following instruction before the branch or call is performed.
5738
5739 On some machines, conditional branch instructions can optionally
5740 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
5741 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
5742 instructions that annul if the branch is true and instructions that
5743 annul if the branch is false are supported.
5744
5745 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
5746 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
5747 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
5748 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
5749 instruction scheduling.
5750
5751 @findex define_delay
5752 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
5753 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
5754
5755 @smallexample
5756 (define_delay @var{test}
5757               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
5758                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
5759                @dots{}])
5760 @end smallexample
5761
5762 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
5763 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
5764 required delay slots is determined by the length of the vector specified
5765 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
5766 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
5767 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
5768 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
5769 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
5770 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
5771
5772 For example, in the common case where branch and call insns require
5773 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
5774 call, the following would be placed in the @file{md} file:
5775
5776 @smallexample
5777 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
5778               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5779 @end smallexample
5780
5781 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
5782 case, each such expression specifies different delay slot requirements
5783 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
5784 expressions are both true.
5785
5786 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
5787 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
5788 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
5789 branch is true, we might represent this as follows:
5790
5791 @smallexample
5792 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
5793    [(eq_attr "type" "!branch,call")
5794     (eq_attr "type" "!branch,call")
5795     (nil)])
5796
5797 (define_delay (eq_attr "type" "call")
5798               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
5799                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5800 @end smallexample
5801 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
5802
5803 @end ifset
5804 @ifset INTERNALS
5805 @node Processor pipeline description
5806 @subsection Specifying processor pipeline description
5807 @cindex processor pipeline description
5808 @cindex processor functional units
5809 @cindex instruction latency time
5810 @cindex interlock delays
5811 @cindex data dependence delays
5812 @cindex reservation delays
5813 @cindex pipeline hazard recognizer
5814 @cindex automaton based pipeline description
5815 @cindex regular expressions
5816 @cindex deterministic finite state automaton
5817 @cindex automaton based scheduler
5818 @cindex RISC
5819 @cindex VLIW
5820
5821 To achieve better performance, most modern processors
5822 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
5823 processors) have many @dfn{functional units} on which several
5824 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
5825 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
5826 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
5827 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
5828 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g. for some
5829 MIPS processors).
5830
5831 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
5832 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
5833 latency time}.  The instruction execution is not started until all
5834 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
5835 complex cases when the instruction execution starts even when the data
5836 are not available but will be ready in given time after the
5837 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
5838 account is simple.  The data dependence (true, output, and
5839 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
5840 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
5841 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
5842 means that two instructions under execution will be in need of shared
5843 processors resources, i.e. buses, internal registers, and/or
5844 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
5845 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
5846 processors.
5847
5848 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
5849 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
5850 instruction scheduler has to have an adequate description of the
5851 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
5852 machine descriptions describe processor parallelism and functional
5853 unit reservations for groups of instructions with the aid of
5854 @dfn{regular expressions}.
5855
5856 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
5857 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
5858 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
5859 automatically generated from the processor pipeline description.  The
5860 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
5861 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
5862 the instruction issue is possible if there is a transition from one
5863 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
5864 furthermore, its speed is not dependent on processor
5865 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
5866   processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
5867   can split orthogonal parts of the machine description among several
5868   automata: but then, since each of these must be stepped independently,
5869   this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
5870
5871 @cindex automaton based pipeline description
5872 The rest of this section describes the directives that constitute
5873 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
5874 these constructions within the machine description file is not
5875 important.
5876
5877 @findex define_automaton
5878 @cindex pipeline hazard recognizer
5879 The following optional construction describes names of automata
5880 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
5881 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
5882 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
5883 units to the automata, the total size of the automata is usually
5884 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
5885 construction, only one finite state automaton is generated.
5886
5887 @smallexample
5888 (define_automaton @var{automata-names})
5889 @end smallexample
5890
5891 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
5892 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
5893 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
5894 @code{define_query_cpu_unit}.
5895
5896 @findex define_cpu_unit
5897 @cindex processor functional units
5898 Each processor functional unit used in the description of instruction
5899 reservations should be described by the following construction.
5900
5901 @smallexample
5902 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5903 @end smallexample
5904
5905 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
5906 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
5907 for other goals.
5908
5909 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
5910 which the unit is bound.  The automaton should be described in
5911 construction @code{define_automaton}.  You should give
5912 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
5913
5914 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
5915 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
5916 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
5917 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
5918 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
5919 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
5920 description of the subsequent constructions.
5921
5922 @findex define_query_cpu_unit
5923 @cindex querying function unit reservations
5924 The following construction describes CPU functional units analogously
5925 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
5926 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
5927 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
5928 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
5929 be used for future code generation goals (e.g. to generate
5930 @acronym{VLIW} insn templates).
5931
5932 @smallexample
5933 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5934 @end smallexample
5935
5936 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
5937 separated by commas.
5938
5939 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
5940 which the unit is bound.
5941
5942 @findex define_insn_reservation
5943 @cindex instruction latency time
5944 @cindex regular expressions
5945 @cindex data bypass
5946 The following construction is the major one to describe pipeline
5947 characteristics of an instruction.
5948
5949 @smallexample
5950 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
5951                          @var{condition} @var{regexp})
5952 @end smallexample
5953
5954 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
5955 instruction.  There is an important difference between the old
5956 description and the automaton based pipeline description.  The latency
5957 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
5958 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
5959 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
5960 zero and the cost of output dependencies is the difference between
5961 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
5962 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
5963 change the default costs for any description by using the target hook
5964 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
5965
5966 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
5967 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
5968 the automaton description file generated for debugging.  The internal
5969 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
5970 good practice to use insn classes described in the processor manual.
5971
5972 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
5973 construction.  You should remember that you will be in trouble if
5974 @var{condition} for two or more different
5975 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
5976 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
5977 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
5978 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
5979 the same value is quite difficult (especially if the conditions
5980 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
5981 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
5982 recognizer considerably.
5983
5984 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
5985 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
5986 expression according to the following syntax:
5987
5988 @smallexample
5989        regexp = regexp "," oneof
5990               | oneof
5991
5992        oneof = oneof "|" allof
5993              | allof
5994
5995        allof = allof "+" repeat
5996              | repeat
5997
5998        repeat = element "*" number
5999               | element
6000
6001        element = cpu_function_unit_name
6002                | reservation_name
6003                | result_name
6004                | "nothing"
6005                | "(" regexp ")"
6006 @end smallexample
6007
6008 @itemize @bullet
6009 @item
6010 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
6011 the reservation.
6012
6013 @item
6014 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
6015 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
6016 regular expression @strong{or} etc.
6017
6018 @item
6019 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
6020 regular expression @strong{and} a reservation described by the
6021 second regular expression @strong{and} etc.
6022
6023 @item
6024 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
6025 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
6026 advancing (see @samp{,}).
6027
6028 @item
6029 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
6030 functional unit.
6031
6032 @item
6033 @samp{reservation_name} --- see description of construction
6034 @samp{define_reservation}.
6035
6036 @item
6037 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
6038 @end itemize
6039
6040 @findex define_reservation
6041 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
6042 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
6043 the common part by the following construction
6044
6045 @smallexample
6046 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
6047 @end smallexample
6048
6049 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
6050 Functional unit names and reservation names are in the same name
6051 space.  So the reservation names should be different from the
6052 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
6053
6054 @findex define_bypass
6055 @cindex instruction latency time
6056 @cindex data bypass
6057 The following construction is used to describe exceptions in the
6058 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
6059
6060 @smallexample
6061 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
6062                [@var{guard}])
6063 @end smallexample
6064
6065 @var{number} defines when the result generated by the instructions
6066 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
6067 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
6068 the string are separated by commas.
6069
6070 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
6071 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
6072 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
6073 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
6074 recognize complicated bypasses, e.g. when the consumer is only an address
6075 of insn @samp{store} (not a stored value).
6076
6077 @findex exclusion_set
6078 @findex presence_set
6079 @findex final_presence_set
6080 @findex absence_set
6081 @findex final_absence_set
6082 @cindex VLIW
6083 @cindex RISC
6084 The following five constructions are usually used to describe
6085 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
6086 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
6087 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
6088
6089 @smallexample
6090 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
6091 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6092 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6093 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6094 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6095 @end smallexample
6096
6097 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
6098 separated by commas.
6099
6100 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
6101 separated by comma.  Currently pattern is is one unit or units
6102 separated by white-spaces.
6103
6104 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
6105 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
6106 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
6107 example, the construction is useful for describing processors
6108 (e.g. some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
6109 functional unit which can execute simultaneously only single floating
6110 point insns or only double floating point insns.
6111
6112 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
6113 functional unit in the first string can not be reserved unless at
6114 least one of pattern of units whose names are in the second string is
6115 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
6116 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
6117 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
6118 construction
6119
6120 @smallexample
6121 (presence_set "slot1" "slot0")
6122 @end smallexample
6123
6124 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
6125 reservation.  In this case we could write
6126
6127 @smallexample
6128 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
6129 @end smallexample
6130
6131 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
6132 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
6133 done.  When an instruction is issued in given automaton state
6134 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
6135 state is changed.  The first state is a source state, the second one
6136 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
6137 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
6138 done on the result reservation.  This construction is useful to
6139 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
6140 For example, if we use
6141
6142 @smallexample
6143 (presence_set "slot1" "slot0")
6144 @end smallexample
6145
6146 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
6147 @samp{slot0} which is absent in the source state).
6148
6149 @smallexample
6150 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
6151 @end smallexample
6152
6153 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
6154
6155 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
6156 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
6157 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
6158 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
6159 this one but it is symmetric).  For example, it is useful for
6160 description that @acronym{VLIW} @samp{slot0} can not be reserved after
6161 @samp{slot1} or @samp{slot2} reservation.  We could describe it by the
6162 following construction
6163
6164 @smallexample
6165 (absence_set "slot2" "slot0, slot1")
6166 @end smallexample
6167
6168 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
6169 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
6170 this case we could write
6171
6172 @smallexample
6173 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
6174 @end smallexample
6175
6176 All functional units mentioned in a set should belong to the same
6177 automaton.
6178
6179 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
6180 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
6181 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
6182
6183 @findex automata_option
6184 @cindex deterministic finite state automaton
6185 @cindex nondeterministic finite state automaton
6186 @cindex finite state automaton minimization
6187 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
6188 the following construction.
6189
6190 @smallexample
6191 (automata_option @var{options})
6192 @end smallexample
6193
6194 @var{options} is a string giving options which affect the generated
6195 code.  Currently there are the following options:
6196
6197 @itemize @bullet
6198 @item
6199 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
6200 only worth to do when we are debugging the description and need to
6201 look more accurately at reservations of states.
6202
6203 @item
6204 @dfn{time} means printing additional time statistics about
6205 generation of automata.
6206
6207 @item
6208 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
6209 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
6210 verification and debugging.
6211
6212 @item
6213 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
6214 non-critical errors.
6215
6216 @item
6217 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
6218 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
6219 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
6220 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
6221 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
6222 may be rejected by reservations in the subsequent insns.  You can not
6223 query functional unit reservations in nondeterministic automaton
6224 states.
6225
6226 @item
6227 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
6228 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
6229 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
6230 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
6231 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
6232 huge automaton.
6233 @end itemize
6234
6235 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
6236 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
6237 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
6238 the following functional units.
6239
6240 @smallexample
6241 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
6242 (define_cpu_unit "port0, port1")
6243 @end smallexample
6244
6245 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
6246 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
6247 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
6248 are issued into the second pipeline.  Integer division and
6249 multiplication insns can be executed only in the second integer
6250 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
6251 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e. the subsequent
6252 integer division insn can not be issued until the current division
6253 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
6254 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
6255 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
6256 incurred.  To describe all of this we could specify
6257
6258 @smallexample
6259 (define_cpu_unit "div")
6260
6261 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
6262                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
6263
6264 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
6265                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
6266
6267 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
6268                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
6269
6270 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
6271                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
6272
6273 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
6274 @end smallexample
6275
6276 To simplify the description we could describe the following reservation
6277
6278 @smallexample
6279 (define_reservation "finish" "port0|port1")
6280 @end smallexample
6281
6282 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
6283 construction
6284
6285 @smallexample
6286 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
6287                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
6288 @end smallexample
6289
6290
6291 @end ifset
6292 @ifset INTERNALS
6293 @node Conditional Execution
6294 @section Conditional Execution
6295 @cindex conditional execution
6296 @cindex predication
6297
6298 A number of architectures provide for some form of conditional
6299 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
6300 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
6301 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
6302 can be quite tedious to describe these forms directly in the
6303 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
6304
6305 @findex define_cond_exec
6306 @smallexample
6307 (define_cond_exec
6308   [@var{predicate-pattern}]
6309   "@var{condition}"
6310   "@var{output-template}")
6311 @end smallexample
6312
6313 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
6314 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
6315 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
6316 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
6317 alternative.
6318
6319 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
6320 pattern to match.
6321
6322 @findex current_insn_predicate
6323 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
6324 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
6325 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
6326 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
6327 In order to handle the general case, there is a global variable
6328 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
6329 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
6330
6331 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
6332 the @code{predicable} instruction attribute is made.
6333 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
6334 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
6335 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
6336 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
6337 alternative or anything else.
6338
6339 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
6340 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
6341 generated that matches a predicated version of the instruction.
6342 For example,
6343
6344 @smallexample
6345 (define_insn "addsi"
6346   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6347         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6348                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
6349   "@var{test1}"
6350   "add %2,%1,%0")
6351
6352 (define_cond_exec
6353   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
6354        (const_int 0))]
6355   "@var{test2}"
6356   "(%0)")
6357 @end smallexample
6358
6359 @noindent
6360 generates a new pattern
6361
6362 @smallexample
6363 (define_insn ""
6364   [(cond_exec
6365      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
6366      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6367           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6368                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
6369   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
6370   "(%3) add %2,%1,%0")
6371 @end smallexample
6372
6373 @end ifset
6374 @ifset INTERNALS
6375 @node Constant Definitions
6376 @section Constant Definitions
6377 @cindex constant definitions
6378 @findex define_constants
6379
6380 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
6381 can be a maintenance problem.
6382
6383 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
6384 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
6385 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
6386 if the corresponding value had been written instead.  You may use
6387 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
6388 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
6389 a different value.
6390
6391 To come back to the a29k load multiple example, instead of
6392
6393 @smallexample
6394 (define_insn ""
6395   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6396      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6397            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6398       (use (reg:SI 179))
6399       (clobber (reg:SI 179))])]
6400   ""
6401   "loadm 0,0,%1,%2")
6402 @end smallexample
6403
6404 You could write:
6405
6406 @smallexample
6407 (define_constants [
6408     (R_BP 177)
6409     (R_FC 178)
6410     (R_CR 179)
6411     (R_Q  180)
6412 ])
6413
6414 (define_insn ""
6415   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6416      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6417            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6418       (use (reg:SI R_CR))
6419       (clobber (reg:SI R_CR))])]
6420   ""
6421   "loadm 0,0,%1,%2")
6422 @end smallexample
6423
6424 The constants that are defined with a define_constant are also output
6425 in the insn-codes.h header file as #defines.
6426 @end ifset
6427 @ifset INTERNALS
6428 @node Macros
6429 @section Macros
6430 @cindex macros in @file{.md} files
6431
6432 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
6433 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple macro
6434 facilities to make this process easier.
6435
6436 @menu
6437 * Mode Macros::         Generating variations of patterns for different modes.
6438 * Code Macros::         Doing the same for codes.
6439 @end menu
6440
6441 @node Mode Macros
6442 @subsection Mode Macros
6443 @cindex mode macros in @file{.md} files
6444
6445 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
6446 For example:
6447
6448 @itemize @bullet
6449 @item
6450 If a processor has hardware support for both single and double
6451 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
6452 very similar to the @code{DFmode} ones.
6453
6454 @item
6455 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
6456 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
6457 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
6458 @end itemize
6459
6460 Mode macros allow several patterns to be instantiated from one
6461 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
6462 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
6463 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
6464
6465 @menu
6466 * Defining Mode Macros:: Defining a new mode macro.
6467 * String Substitutions:: Combining mode macros with string substitutions
6468 * Examples::             Examples
6469 @end menu
6470
6471 @node Defining Mode Macros
6472 @subsubsection Defining Mode Macros
6473 @findex define_mode_macro
6474
6475 The syntax for defining a mode macro is:
6476
6477 @smallexample
6478 (define_mode_macro @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") ... (@var{moden} "@var{condn}")])
6479 @end smallexample
6480
6481 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
6482 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
6483 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
6484 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
6485 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
6486 C condition will also require that @var{condi} be true.
6487
6488 For example:
6489
6490 @smallexample
6491 (define_mode_macro P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
6492 @end smallexample
6493
6494 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
6495 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
6496 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
6497 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
6498 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
6499
6500 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
6501 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
6502 to @code{@var{mode}}.  For example:
6503
6504 @smallexample
6505 (define_mode_macro GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
6506 @end smallexample
6507
6508 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
6509 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
6510
6511 Macros are applied in the order they are defined.  This can be
6512 significant if two macros are used in a construct that requires
6513 string substitutions.  @xref{String Substitutions}.
6514
6515 @node String Substitutions
6516 @subsubsection String Substitution in Mode Macros
6517 @findex define_mode_attr
6518
6519 If an @file{.md} file construct uses mode macros, each version of the
6520 construct will often need slightly different strings.  For example:
6521
6522 @itemize @bullet
6523 @item
6524 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
6525 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
6526 appropriate mode name for @var{m}.
6527
6528 @item
6529 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
6530 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
6531 @end itemize
6532
6533 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
6534 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
6535 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
6536 upper case.  You can define other attributes using:
6537
6538 @smallexample
6539 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") ... (@var{moden} "@var{valuen}")])
6540 @end smallexample
6541
6542 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
6543 is the value associated with @var{modei}.
6544
6545 When GCC replaces some @var{:macro} with @var{:mode}, it will
6546 scan each string in the pattern for sequences of the form
6547 @code{<@var{macro}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of
6548 a mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the
6549 whole @code{<...>} sequence will be replaced by the appropriate
6550 attribute value.
6551
6552 For example, suppose an @file{.md} file has:
6553
6554 @smallexample
6555 (define_mode_macro P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
6556 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
6557 @end smallexample
6558
6559 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
6560 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
6561 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
6562 @code{"ld\t%0,%1"}.
6563
6564 The @code{@var{macro}:} prefix may be omitted, in which case the
6565 substitution will be attempted for every macro expansion.
6566
6567 @node Examples
6568 @subsubsection Mode Macro Examples
6569
6570 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
6571 modes and attributes (among others):
6572
6573 @smallexample
6574 (define_mode_macro GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
6575 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
6576 @end smallexample
6577
6578 and uses the following template to define both @code{subsi3}
6579 and @code{subdi3}:
6580
6581 @smallexample
6582 (define_insn "sub<mode>3"
6583   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
6584         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
6585                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
6586   ""
6587   "<d>subu\t%0,%1,%2"
6588   [(set_attr "type" "arith")
6589    (set_attr "mode" "<MODE>")])
6590 @end smallexample
6591
6592 This is exactly equivalent to:
6593
6594 @smallexample
6595 (define_insn "subsi3"
6596   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
6597         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
6598                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
6599   ""
6600   "subu\t%0,%1,%2"
6601   [(set_attr "type" "arith")
6602    (set_attr "mode" "SI")])
6603
6604 (define_insn "subdi3"
6605   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
6606         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
6607                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
6608   ""
6609   "dsubu\t%0,%1,%2"
6610   [(set_attr "type" "arith")
6611    (set_attr "mode" "DI")])
6612 @end smallexample
6613
6614 @node Code Macros
6615 @subsection Code Macros
6616 @cindex code macros in @file{.md} files
6617 @findex define_code_macro
6618 @findex define_code_attr
6619
6620 Code macros operate in a similar way to mode macros.  @xref{Mode Macros}.
6621
6622 The construct:
6623
6624 @smallexample
6625 (define_code_macro @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") ... (@var{coden} "@var{condn}")])
6626 @end smallexample
6627
6628 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
6629 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
6630 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
6631
6632 As with mode macros, each pattern that uses @var{name} will be
6633 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
6634 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
6635 @xref{Defining Mode Macros}.
6636
6637 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
6638 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
6639 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
6640 Other attributes are defined using:
6641
6642 @smallexample
6643 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") ... (@var{coden} "@var{valuen}")])
6644 @end smallexample
6645
6646 Here's an example of code macros in action, taken from the MIPS port:
6647
6648 @smallexample
6649 (define_code_macro any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
6650                              eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
6651
6652 (define_expand "b<code>"
6653   [(set (pc)
6654         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
6655                                    (const_int 0))
6656                       (label_ref (match_operand 0 ""))
6657                       (pc)))]
6658   ""
6659 @{
6660   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
6661   DONE;
6662 @})
6663 @end smallexample
6664
6665 This is equivalent to:
6666
6667 @smallexample
6668 (define_expand "bunordered"
6669   [(set (pc)
6670         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
6671                                     (const_int 0))
6672                       (label_ref (match_operand 0 ""))
6673                       (pc)))]
6674   ""
6675 @{
6676   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
6677   DONE;
6678 @})
6679
6680 (define_expand "bordered"
6681   [(set (pc)
6682         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
6683                                   (const_int 0))
6684                       (label_ref (match_operand 0 ""))
6685                       (pc)))]
6686   ""
6687 @{
6688   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
6689   DONE;
6690 @})
6691
6692 ...
6693 @end smallexample
6694
6695 @end ifset