OSDN Git Service

2002-12-23 Larin Hennessy <larin@science.oregonstate.edu>
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / doc / md.texi
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1996, 1998, 1999, 2000, 2001, 2002
2 @c 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 * Constraints::         When not all operands are general operands.
32 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
33 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
34 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
35 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
36 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
37 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
38 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
39                           for a standard operation.
40 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
41 * Including Patterns::      Including Patterns in Machine Descriptions.
42 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
43 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
44 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
45                            predication.
46 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
47                         md file.
48 @end menu
49
50 @node Overview
51 @section Overview of How the Machine Description is Used
52
53 There are three main conversions that happen in the compiler:
54
55 @enumerate
56
57 @item
58 The front end reads the source code and builds a parse tree.
59
60 @item
61 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
62 instruction patterns.
63
64 @item
65 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
66 code.
67
68 @end enumerate
69
70 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
71 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
72 choose the pattern with the right name and apply the operands according
73 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
74 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
75 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
76 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
77 named pattern it needs, it will abort.
78
79 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
80 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
81 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
82 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
83 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
84 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
85 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
86 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
87
88 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
89 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
90 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
91 example.
92
93 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
94 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
95 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
96 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
97
98 @node Patterns
99 @section Everything about Instruction Patterns
100 @cindex patterns
101 @cindex instruction patterns
102
103 @findex define_insn
104 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
105 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
106 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
107 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
108
109 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
110
111 @enumerate
112 @item
113 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
114 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
115 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
116 the instruction patterns with those names, if the names are defined
117 in the machine description.
118
119 The absence of a name is indicated by writing an empty string
120 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
121 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
122 to be combined later on.
123
124 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
125 effect; they are equivalent to no name at all.
126
127 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
128 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
129 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
130 to having a nameless pattern for all other purposes.
131
132 @item
133 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
134 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
135 incomplete because it may contain @code{match_operand},
136 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
137 operands of the instruction.
138
139 If the vector has only one element, that element is the template for the
140 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
141 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
142 elements described.
143
144 @item
145 @cindex pattern conditions
146 @cindex conditions, in patterns
147 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
148 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
149
150 @cindex named patterns and conditions
151 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
152 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
153 flags.  The compiler needs to test these conditions during
154 initialization in order to learn exactly which named instructions are
155 available in a particular run.
156
157 @findex operands
158 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
159 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
160 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
161 @code{operands}.  For an insn where the condition has once matched, it
162 can't be used to control register allocation, for example by excluding
163 certain hard registers or hard register combinations.
164
165 @item
166 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
167 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
168 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
169
170 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
171 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
172
173 @item
174 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
175 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
176 @end enumerate
177
178 @node Example
179 @section Example of @code{define_insn}
180 @cindex @code{define_insn} example
181
182 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
183
184 @example
185 (define_insn "tstsi"
186   [(set (cc0)
187         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
188   ""
189   "*
190 @{
191   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
192     return \"tstl %0\";
193   return \"cmpl #0,%0\";
194 @}")
195 @end example
196
197 @noindent
198 This can also be written using braced strings:
199
200 @example
201 (define_insn "tstsi"
202   [(set (cc0)
203         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
204   ""
205 @{
206   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
207     return "tstl %0";
208   return "cmpl #0,%0";
209 @})
210 @end example
211
212 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
213 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
214 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
215 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
216 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
217 can be constructed using this pattern.
218
219 The output control string is a piece of C code which chooses which
220 output template to return based on the kind of operand and the specific
221 type of CPU for which code is being generated.
222
223 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
224
225 @node RTL Template
226 @section RTL Template
227 @cindex RTL insn template
228 @cindex generating insns
229 @cindex insns, generating
230 @cindex recognizing insns
231 @cindex insns, recognizing
232
233 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
234 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
235 says how to construct an insn from specified operands.
236
237 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
238 template.  Matching involves determining the values that serve as the
239 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
240 controlled by special expression types that direct matching and
241 substitution of the operands.
242
243 @table @code
244 @findex match_operand
245 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
246 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
247 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
248 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
249 appears at this position in the insn will be taken as operand
250 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
251 pattern will not match at all.
252
253 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
254 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
255 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
256 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
257 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
258 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
259 other operand numbers.
260
261 @var{predicate} is a string that is the name of a C function that accepts two
262 arguments, an expression and a machine mode.  During matching, the
263 function will be called with the putative operand as the expression and
264 @var{m} as the mode argument (if @var{m} is not specified,
265 @code{VOIDmode} will be used, which normally causes @var{predicate} to accept
266 any mode).  If it returns zero, this instruction pattern fails to match.
267 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be done
268 on the operand, so anything which occurs in this position is valid.
269
270 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
271 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
272 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
273 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
274 @code{VOIDmode}.
275
276 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
277 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
278
279 People are often unclear on the difference between the constraint and the
280 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
281 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
282 controls various decisions in the case of an insn which does match.
283
284 @findex general_operand
285 On CISC machines, the most common @var{predicate} is
286 @code{"general_operand"}.  This function checks that the putative
287 operand is either a constant, a register or a memory reference, and that
288 it is valid for mode @var{m}.
289
290 @findex register_operand
291 For an operand that must be a register, @var{predicate} should be
292 @code{"register_operand"}.  Using @code{"general_operand"} would be
293 valid, since the reload pass would copy any non-register operands
294 through registers, but this would make GCC do extra work, it would
295 prevent invariant operands (such as constant) from being removed from
296 loops, and it would prevent the register allocator from doing the best
297 possible job.  On RISC machines, it is usually most efficient to allow
298 @var{predicate} to accept only objects that the constraints allow.
299
300 @findex immediate_operand
301 For an operand that must be a constant, you must be sure to either use
302 @code{"immediate_operand"} for @var{predicate}, or make the instruction
303 pattern's extra condition require a constant, or both.  You cannot
304 expect the constraints to do this work!  If the constraints allow only
305 constants, but the predicate allows something else, the compiler will
306 crash when that case arises.
307
308 @findex match_scratch
309 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
310 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
311 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
312 expression.
313
314 When matching patterns, this is equivalent to
315
316 @smallexample
317 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
318 @end smallexample
319
320 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
321 expression.
322
323 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
324 expressions whose operands are either a hard register or
325 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
326 necessary.  @xref{Side Effects}.
327
328 @findex match_dup
329 @item (match_dup @var{n})
330 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
331 It is used when the operand needs to appear more than once in the
332 insn.
333
334 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
335 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
336 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
337 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
338 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
339 identical-looking expression.
340
341 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
342 a particular register is being used for two operands (example:
343 @code{add} that adds one register to another; the second register is
344 both an input operand and the output operand).  Use a matching
345 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
346 operand is used in two places in the template, such as an instruction
347 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
348 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
349 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
350
351 @findex match_operator
352 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
353 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
354 code.
355
356 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
357 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
358 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
359
360 When matching an expression, it matches an expression if the function
361 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
362 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
363
364 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
365 follows, to match any expression whose operator is one of the
366 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
367
368 @smallexample
369 int
370 commutative_operator (x, mode)
371      rtx x;
372      enum machine_mode mode;
373 @{
374   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
375   if (GET_MODE (x) != mode)
376     return 0;
377   return (GET_RTX_CLASS (code) == 'c'
378           || code == EQ || code == NE);
379 @}
380 @end smallexample
381
382 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
383 of a commutative operator applied to two general operands:
384
385 @smallexample
386 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
387   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
388    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
389 @end smallexample
390
391 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
392 because the expressions to be matched all contain two operands.
393
394 When this pattern does match, the two operands of the commutative
395 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
396 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
397 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
398 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
399
400 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
401 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
402 predicate function, and that function is solely responsible for
403 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
404
405 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
406 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
407 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
408 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
409 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
410 only its expression code matters.
411
412 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
413 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
414 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
415 register allocation because the register allocator often looks at
416 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
417
418 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
419 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
420 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
421 However, if parts of its @var{operands} are matched by
422 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
423 their own.
424
425 @findex match_op_dup
426 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
427 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
428 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
429 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
430 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
431 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
432 recognition template, and it matches only an identical-looking
433 expression.
434
435 @findex match_parallel
436 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
437 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
438 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
439 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
440
441 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
442 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
443 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
444 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
445 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
446 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
447 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
448 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
449 those listed in the @code{match_parallel}.
450
451 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
452 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
453 in a @code{parallel}.  For example,
454
455 @smallexample
456 (define_insn ""
457   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
458      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
459            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
460       (use (reg:SI 179))
461       (clobber (reg:SI 179))])]
462   ""
463   "loadm 0,0,%1,%2")
464 @end smallexample
465
466 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
467 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
468 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
469 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
470 registers and memory locations.
471
472 An insn that matches this pattern might look like:
473
474 @smallexample
475 (parallel
476  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
477   (use (reg:SI 179))
478   (clobber (reg:SI 179))
479   (set (reg:SI 21)
480        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
481                         (const_int 4))))
482   (set (reg:SI 22)
483        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
484                         (const_int 8))))])
485 @end smallexample
486
487 @findex match_par_dup
488 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
489 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
490 @code{match_operator}.
491
492 @findex match_insn
493 @item (match_insn @var{predicate})
494 Match a complete insn.  Unlike the other @code{match_*} recognizers,
495 @code{match_insn} does not take an operand number.
496
497 The machine mode @var{m} of @code{match_insn} works like that of
498 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
499 predicate function, and that function is solely responsible for
500 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
501
502 @findex match_insn2
503 @item (match_insn2 @var{n} @var{predicate})
504 Match a complete insn.
505
506 The machine mode @var{m} of @code{match_insn2} works like that of
507 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
508 predicate function, and that function is solely responsible for
509 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
510
511 @end table
512
513 @node Output Template
514 @section Output Templates and Operand Substitution
515 @cindex output templates
516 @cindex operand substitution
517
518 @cindex @samp{%} in template
519 @cindex percent sign
520 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
521 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
522 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
523 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
524 identify places where different variants of the assembler require
525 different syntax.
526
527 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
528 operand @var{n} at that point in the string.
529
530 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
531 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
532 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
533 additional letters with nonstandard meanings.
534
535 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
536 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
537 operand.
538
539 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
540 the constant is negated before printing.
541
542 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
543 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
544 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
545 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
546 as if it were a memory reference.
547
548 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
549 instruction.
550
551 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
552 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
553 referred to more than once in a single template that generates multiple
554 assembler instructions.
555
556 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
557 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
558 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
559 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
560 which punctuation characters are valid with the
561 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
562
563 @cindex \
564 @cindex backslash
565 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
566 for the instructions, with @samp{\;} between them.
567
568 @cindex matching operands
569 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
570 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
571 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
572 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
573 operand.
574
575 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
576 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
577 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
578 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
579 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
580 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
581 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
582 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
583 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
584 it to do nothing.
585
586 @cindex @code{#} in template
587 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
588 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
589 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
590 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
591 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
592 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
593 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
594 instructions.
595
596 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
597 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
598 describe multiple variants of assembler language syntax.
599 @xref{Instruction Output}.
600
601 @node Output Statement
602 @section C Statements for Assembler Output
603 @cindex output statements
604 @cindex C statements for assembler output
605 @cindex generating assembler output
606
607 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
608 assembler code for all the cases that are recognized by a single
609 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
610 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
611 machine instructions.
612
613 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
614 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
615 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
616 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
617 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
618 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
619 might write this pattern:
620
621 @smallexample
622 (define_insn "addsi3"
623   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
624         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
625                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
626   ""
627   "@@
628    addr %2,%0
629    addm %2,%0")
630 @end smallexample
631
632 @cindex @code{*} in template
633 @cindex asterisk in template
634 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
635 output template but rather a piece of C program that should compute a
636 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
637 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
638 require doublequote characters to delimit them.  To include these
639 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
640
641 If the output control string is written as a brace block instead of a
642 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
643 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
644 doublequotes surrounding C string literals.
645
646 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
647 is @code{rtx []}.
648
649 It is very common to select different ways of generating assembler code
650 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
651 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
652 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
653 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
654 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
655 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
656 values of those bits.
657
658 @findex output_asm_insn
659 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
660 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
661 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
662 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
663 that you declare locally and initialize yourself.
664
665 @findex which_alternative
666 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
667 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
668 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
669 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
670 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
671 etc.).
672
673 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
674 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
675 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
676
677 @smallexample
678 (define_insn ""
679   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
680         (const_int 0))]
681   ""
682   @{
683   return (which_alternative == 0
684           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
685   @})
686 @end smallexample
687
688 The example above, where the assembler code to generate was
689 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
690 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
691
692 @smallexample
693 @group
694 (define_insn ""
695   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
696         (const_int 0))]
697   ""
698   "@@
699    clrreg %0
700    clrmem %0")
701 @end group
702 @end smallexample
703 @end ifset
704
705 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
706 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
707 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
708 @ifset INTERNALS
709 @node Constraints
710 @section Operand Constraints
711 @cindex operand constraints
712 @cindex constraints
713
714 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify a
715 constraint for the type of operands allowed.
716 @end ifset
717 @ifclear INTERNALS
718 @node Constraints
719 @section Constraints for @code{asm} Operands
720 @cindex operand constraints, @code{asm}
721 @cindex constraints, @code{asm}
722 @cindex @code{asm} constraints
723
724 Here are specific details on what constraint letters you can use with
725 @code{asm} operands.
726 @end ifclear
727 Constraints can say whether
728 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
729 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
730 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
731 have.  Constraints can also require two operands to match.
732
733 @ifset INTERNALS
734 @menu
735 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
736 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
737 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
738 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
739 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
740 @end menu
741 @end ifset
742
743 @ifclear INTERNALS
744 @menu
745 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
746 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
747 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
748 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
749 @end menu
750 @end ifclear
751
752 @node Simple Constraints
753 @subsection Simple Constraints
754 @cindex simple constraints
755
756 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
757 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
758 the letters that are allowed:
759
760 @table @asis
761 @item whitespace
762 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
763 except the first.  This enables each alternative for different operands to
764 be visually aligned in the machine description even if they have different
765 number of constraints and modifiers.
766
767 @cindex @samp{m} in constraint
768 @cindex memory references in constraints
769 @item @samp{m}
770 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
771 supports in general.
772
773 @cindex offsettable address
774 @cindex @samp{o} in constraint
775 @item @samp{o}
776 A memory operand is allowed, but only if the address is
777 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
778 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
779 may be added to the address and the result is also a valid memory
780 address.
781
782 @cindex autoincrement/decrement addressing
783 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
784 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
785 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
786 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
787 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
788 addresses may or may not be offsettable depending on the other
789 addressing modes that the machine supports.
790
791 Note that in an output operand which can be matched by another
792 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
793 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
794 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
795
796 @cindex @samp{V} in constraint
797 @item @samp{V}
798 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
799 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
800
801 @cindex @samp{<} in constraint
802 @item @samp{<}
803 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
804 postdecrement) is allowed.
805
806 @cindex @samp{>} in constraint
807 @item @samp{>}
808 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
809 postincrement) is allowed.
810
811 @cindex @samp{r} in constraint
812 @cindex registers in constraints
813 @item @samp{r}
814 A register operand is allowed provided that it is in a general
815 register.
816
817 @cindex constants in constraints
818 @cindex @samp{i} in constraint
819 @item @samp{i}
820 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
821 This includes symbolic constants whose values will be known only at
822 assembly time.
823
824 @cindex @samp{n} in constraint
825 @item @samp{n}
826 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
827 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
828 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
829 rather than @samp{i}.
830
831 @cindex @samp{I} in constraint
832 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
833 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
834 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
835 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
836 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
837 This is the range permitted as a shift count in the shift
838 instructions.
839
840 @cindex @samp{E} in constraint
841 @item @samp{E}
842 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
843 allowed, but only if the target floating point format is the same as
844 that of the host machine (on which the compiler is running).
845
846 @cindex @samp{F} in constraint
847 @item @samp{F}
848 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
849 @code{const_vector}) is allowed.
850
851 @cindex @samp{G} in constraint
852 @cindex @samp{H} in constraint
853 @item @samp{G}, @samp{H}
854 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
855 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
856
857 @cindex @samp{s} in constraint
858 @item @samp{s}
859 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
860 allowed.
861
862 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
863 value not known at compile time, it certainly must allow any known
864 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
865 better code to be generated.
866
867 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
868 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
869 and 127, better code results from loading the value into a register and
870 using the register.  This is because the load into the register can be
871 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
872 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
873 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
874 constraints.
875
876 @cindex @samp{g} in constraint
877 @item @samp{g}
878 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
879 registers that are not general registers.
880
881 @cindex @samp{X} in constraint
882 @item @samp{X}
883 @ifset INTERNALS
884 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
885 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
886 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
887 require a scratch register.
888 @end ifset
889 @ifclear INTERNALS
890 Any operand whatsoever is allowed.
891 @end ifclear
892
893 @cindex @samp{0} in constraint
894 @cindex digits in constraint
895 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
896 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
897 digit is used together with letters within the same alternative, the
898 digit should come last.
899
900 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
901 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
902 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
903 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
904 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
905 can use multiple alternatives instead.
906
907 @cindex matching constraint
908 @cindex constraint, matching
909 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
910 that the assembler has only a single operand that fills two roles
911 @ifset INTERNALS
912 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
913 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
914 @end ifset
915 @ifclear INTERNALS
916 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
917 two input operands and an output operand, but on most CISC
918 @end ifclear
919 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
920 input-output operand:
921
922 @smallexample
923 addl #35,r12
924 @end smallexample
925
926 Matching constraints are used in these circumstances.
927 More precisely, the two operands that match must include one input-only
928 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
929 smaller number than the number of the operand that uses it in the
930 constraint.
931
932 @ifset INTERNALS
933 For operands to match in a particular case usually means that they
934 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
935 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
936 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
937 For proper results in such cases, the output template should always
938 use the output-operand's number when printing the operand.
939 @end ifset
940
941 @cindex load address instruction
942 @cindex push address instruction
943 @cindex address constraints
944 @cindex @samp{p} in constraint
945 @item @samp{p}
946 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
947 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
948
949 @findex address_operand
950 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
951 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
952 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
953 reference for which the address would be valid.
954
955 @cindex other register constraints
956 @cindex extensible constraints
957 @item @var{other-letters}
958 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
959 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
960 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
961 for data, address and floating point registers.
962
963 @ifset INTERNALS
964 The machine description macro @code{REG_CLASS_FROM_LETTER} has first
965 cut at the otherwise unused letters.  If it evaluates to @code{NO_REGS},
966 then @code{EXTRA_CONSTRAINT} is evaluated.
967
968 A typical use for @code{EXTRA_CONSTRAINT} would be to distinguish certain
969 types of memory references that affect other insn operands.
970 @end ifset
971 @end table
972
973 @ifset INTERNALS
974 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
975 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
976 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
977 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
978 done by copying an operand into a register.
979
980 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
981
982 @smallexample
983 (define_insn ""
984   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
985         (plus:SI (match_dup 0)
986                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
987   ""
988   "@dots{}")
989 @end smallexample
990
991 @noindent
992 which has two operands, one of which must appear in two places, and
993
994 @smallexample
995 (define_insn ""
996   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
997         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
998                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
999   ""
1000   "@dots{}")
1001 @end smallexample
1002
1003 @noindent
1004 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1005 identical.  If we are considering an insn of the form
1006
1007 @smallexample
1008 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1009   (set (reg:SI 3)
1010        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1011   @dots{})
1012 @end smallexample
1013
1014 @noindent
1015 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1016 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1017 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns.''
1018 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1019 is something wrong with it.''  It would direct the reload pass of the
1020 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1021 results might look like this:
1022
1023 @smallexample
1024 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1025   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1026   @dots{})
1027
1028 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1029   (set (reg:SI 3)
1030        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1031   @dots{})
1032 @end smallexample
1033
1034 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1035 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1036 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1037 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1038 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1039 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1040 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1041 reloading any possible operand so that it will fit.
1042
1043 @itemize @bullet
1044 @item
1045 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1046 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1047
1048 For example, an operand whose constraints permit everything except
1049 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1050
1051 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1052 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1053 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1054 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1055 more selective.
1056
1057 @item
1058 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1059 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1060 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1061 compiler knows how to copy a register into another register of the
1062 proper class in order to make an instruction valid.
1063
1064 @cindex nonoffsettable memory reference
1065 @cindex memory reference, nonoffsettable
1066 @item
1067 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1068 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1069 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1070
1071 @item
1072 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1073 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1074 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1075 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1076
1077 @item
1078 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1079 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1080 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1081 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1082 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1083 objects allowed by the constraint.
1084 @end itemize
1085
1086 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1087 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1088 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1089 how to copy a register temporarily into memory.
1090
1091 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1092 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1093 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1094 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1095 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1096 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1097 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1098 @code{sign_extend}.
1099 @end ifset
1100
1101 @node Multi-Alternative
1102 @subsection Multiple Alternative Constraints
1103 @cindex multiple alternative constraints
1104
1105 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1106 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1107 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1108 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1109 another.
1110
1111 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1112 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1113 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1114 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1115 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1116 @ifset INTERNALS
1117 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1118
1119 @smallexample
1120 (define_insn "iorsi3"
1121   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1122         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1123                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1124   @dots{})
1125 @end smallexample
1126
1127 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1128 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1129 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1130 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1131 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1132 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1133 @end ifset
1134
1135 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1136 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1137 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1138 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1139 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1140 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1141 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1142
1143 @table @code
1144 @cindex @samp{?} in constraint
1145 @cindex question mark
1146 @item ?
1147 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1148 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1149 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1150 in it.
1151
1152 @cindex @samp{!} in constraint
1153 @cindex exclamation point
1154 @item !
1155 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1156 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1157 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1158 @end table
1159
1160 @ifset INTERNALS
1161 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1162 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1163 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1164 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1165 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1166 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1167 @end ifset
1168
1169 @ifset INTERNALS
1170 @node Class Preferences
1171 @subsection Register Class Preferences
1172 @cindex class preference constraints
1173 @cindex register class preference constraints
1174
1175 @cindex voting between constraint alternatives
1176 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1177 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1178 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1179 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1180 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1181 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1182 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1183 favor of a general register.  The machine description says which registers
1184 are considered general.
1185
1186 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1187 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1188 @end ifset
1189
1190 @node Modifiers
1191 @subsection Constraint Modifier Characters
1192 @cindex modifiers in constraints
1193 @cindex constraint modifier characters
1194
1195 @c prevent bad page break with this line
1196 Here are constraint modifier characters.
1197
1198 @table @samp
1199 @cindex @samp{=} in constraint
1200 @item =
1201 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1202 value is discarded and replaced by output data.
1203
1204 @cindex @samp{+} in constraint
1205 @item +
1206 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1207
1208 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1209 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1210 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1211 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1212 are assumed to be input only.
1213
1214 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1215 first character of the constraint string.
1216
1217 @cindex @samp{&} in constraint
1218 @cindex earlyclobber operand
1219 @item &
1220 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1221 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1222 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1223 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1224 address.
1225
1226 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1227 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1228 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1229 @samp{movdf} insn of the 68000.
1230
1231 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1232 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1233 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1234 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1235 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1236
1237 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1238
1239 @cindex @samp{%} in constraint
1240 @item %
1241 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1242 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1243 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1244 constraints.
1245 @ifset INTERNALS
1246 This is often used in patterns for addition instructions
1247 that really have only two operands: the result must go in one of the
1248 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1249 instruction is defined:
1250
1251 @smallexample
1252 (define_insn "addhi3"
1253   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1254      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1255               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1256   @dots{})
1257 @end smallexample
1258 @end ifset
1259 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more, 
1260 the compiler may fail.
1261
1262 @cindex @samp{#} in constraint
1263 @item #
1264 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1265 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1266 register preferences.
1267
1268 @cindex @samp{*} in constraint
1269 @item *
1270 Says that the following character should be ignored when choosing
1271 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1272 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1273
1274 @ifset INTERNALS
1275 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1276 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1277 copying it into an address register.  While either kind of register is
1278 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1279 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1280 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1281 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1282 register preferences.
1283
1284 @smallexample
1285 (define_insn "extendhisi2"
1286   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1287         (sign_extend:SI
1288          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1289   @dots{})
1290 @end smallexample
1291 @end ifset
1292 @end table
1293
1294 @node Machine Constraints
1295 @subsection Constraints for Particular Machines
1296 @cindex machine specific constraints
1297 @cindex constraints, machine specific
1298
1299 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1300 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1301 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1302 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1303 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1304 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1305 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1306 immediate-constant format.
1307
1308 For each machine architecture, the
1309 @file{config/@var{machine}/@var{machine}.h} file defines additional
1310 constraints.  These constraints are used by the compiler itself for
1311 instruction generation, as well as for @code{asm} statements; therefore,
1312 some of the constraints are not particularly interesting for @code{asm}.
1313 The constraints are defined through these macros:
1314
1315 @table @code
1316 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1317 Register class constraints (usually lower case).
1318
1319 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1320 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1321 word size or smaller precision (usually upper case).
1322
1323 @item CONST_DOUBLE_OK_FOR_LETTER_P
1324 Immediate constant constraints, for all floating point constants and for
1325 constants of greater than word size precision (usually upper case).
1326
1327 @item EXTRA_CONSTRAINT
1328 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1329 is only defined for some machines.
1330 @end table
1331
1332 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1333 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1334 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1335 available on some particular machines.
1336
1337 @table @emph
1338 @item ARM family---@file{arm.h}
1339 @table @code
1340 @item f
1341 Floating-point register
1342
1343 @item F
1344 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1345 or 10.0
1346
1347 @item G
1348 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1349 were negated
1350
1351 @item I
1352 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1353 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1354 multiple of 2
1355
1356 @item J
1357 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1358
1359 @item K
1360 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1361
1362 @item L
1363 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1364
1365 @item M
1366 Integer in the range 0 to 32
1367
1368 @item Q
1369 A memory reference where the exact address is in a single register
1370 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1371
1372 @item R
1373 An item in the constant pool
1374
1375 @item S
1376 A symbol in the text segment of the current file
1377 @end table
1378
1379 @item AVR family---@file{avr.h}
1380 @table @code
1381 @item l
1382 Registers from r0 to r15
1383
1384 @item a
1385 Registers from r16 to r23
1386
1387 @item d
1388 Registers from r16 to r31
1389
1390 @item w
1391 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1392
1393 @item e
1394 Pointer register (r26--r31)
1395
1396 @item b
1397 Base pointer register (r28--r31)
1398
1399 @item q
1400 Stack pointer register (SPH:SPL)
1401
1402 @item t
1403 Temporary register r0
1404
1405 @item x
1406 Register pair X (r27:r26)
1407
1408 @item y
1409 Register pair Y (r29:r28)
1410
1411 @item z
1412 Register pair Z (r31:r30)
1413
1414 @item I
1415 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1416
1417 @item J
1418 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1419
1420 @item K
1421 Constant integer 2
1422
1423 @item L
1424 Constant integer 0
1425
1426 @item M
1427 Constant that fits in 8 bits
1428
1429 @item N
1430 Constant integer @minus{}1
1431
1432 @item O
1433 Constant integer 8, 16, or 24
1434
1435 @item P
1436 Constant integer 1
1437
1438 @item G
1439 A floating point constant 0.0
1440 @end table
1441
1442 @item IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1443 @table @code
1444 @item b
1445 Address base register
1446
1447 @item f
1448 Floating point register
1449
1450 @item h
1451 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1452
1453 @item q
1454 @samp{MQ} register
1455
1456 @item c
1457 @samp{CTR} register
1458
1459 @item l
1460 @samp{LINK} register
1461
1462 @item x
1463 @samp{CR} register (condition register) number 0
1464
1465 @item y
1466 @samp{CR} register (condition register)
1467
1468 @item z
1469 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1470
1471 @item I
1472 Signed 16-bit constant
1473
1474 @item J
1475 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1476 @code{SImode} constants)
1477
1478 @item K
1479 Unsigned 16-bit constant
1480
1481 @item L
1482 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1483
1484 @item M
1485 Constant larger than 31
1486
1487 @item N
1488 Exact power of 2
1489
1490 @item O
1491 Zero
1492
1493 @item P
1494 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1495
1496 @item G
1497 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1498 instruction per word
1499
1500 @item Q
1501 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1502 for @code{asm} statements)
1503
1504 @item R
1505 AIX TOC entry
1506
1507 @item S
1508 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1509
1510 @item T
1511 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1512
1513 @item U
1514 System V Release 4 small data area reference
1515 @end table
1516
1517 @item Intel 386---@file{i386.h}
1518 @table @code
1519 @item q
1520 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register for the i386.
1521 For x86-64 it is equivalent to @samp{r} class. (for 8-bit instructions that
1522 do not use upper halves)
1523
1524 @item Q
1525 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register. (for 8-bit instructions,
1526 that do use upper halves)
1527
1528 @item R
1529 Legacy register---equivalent to @code{r} class in i386 mode.
1530 (for non-8-bit registers used together with 8-bit upper halves in a single
1531 instruction)
1532
1533 @item A
1534 Specifies the @samp{a} or @samp{d} registers.  This is primarily useful
1535 for 64-bit integer values (when in 32-bit mode) intended to be returned
1536 with the @samp{d} register holding the most significant bits and the
1537 @samp{a} register holding the least significant bits.
1538
1539 @item f
1540 Floating point register
1541
1542 @item t
1543 First (top of stack) floating point register
1544
1545 @item u
1546 Second floating point register
1547
1548 @item a
1549 @samp{a} register
1550
1551 @item b
1552 @samp{b} register
1553
1554 @item c
1555 @samp{c} register
1556
1557 @item C
1558 Specifies constant that can be easily constructed in SSE register without
1559 loading it from memory.
1560
1561 @item d
1562 @samp{d} register
1563
1564 @item D
1565 @samp{di} register
1566
1567 @item S
1568 @samp{si} register
1569
1570 @item x
1571 @samp{xmm} SSE register
1572
1573 @item y
1574 MMX register
1575
1576 @item I
1577 Constant in range 0 to 31 (for 32-bit shifts)
1578
1579 @item J
1580 Constant in range 0 to 63 (for 64-bit shifts)
1581
1582 @item K
1583 @samp{0xff}
1584
1585 @item L
1586 @samp{0xffff}
1587
1588 @item M
1589 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1590
1591 @item N
1592 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1593
1594 @item Z
1595 Constant in range 0 to @code{0xffffffff} or symbolic reference known to fit specified range.
1596 (for using immediates in zero extending 32-bit to 64-bit x86-64 instructions)
1597
1598 @item e
1599 Constant in range @minus{}2147483648 to 2147483647 or symbolic reference known to fit specified range.
1600 (for using immediates in 64-bit x86-64 instructions)
1601
1602 @item G
1603 Standard 80387 floating point constant
1604 @end table
1605
1606 @item Intel 960---@file{i960.h}
1607 @table @code
1608 @item f
1609 Floating point register (@code{fp0} to @code{fp3})
1610
1611 @item l
1612 Local register (@code{r0} to @code{r15})
1613
1614 @item b
1615 Global register (@code{g0} to @code{g15})
1616
1617 @item d
1618 Any local or global register
1619
1620 @item I
1621 Integers from 0 to 31
1622
1623 @item J
1624 0
1625
1626 @item K
1627 Integers from @minus{}31 to 0
1628
1629 @item G
1630 Floating point 0
1631
1632 @item H
1633 Floating point 1
1634 @end table
1635
1636 @item Intel IA-64---@file{ia64.h}
1637 @table @code
1638 @item a
1639 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
1640
1641 @item b
1642 Branch register
1643
1644 @item c
1645 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
1646
1647 @item d
1648 Application register residing in M-unit
1649
1650 @item e
1651 Application register residing in I-unit
1652
1653 @item f
1654 Floating-point register
1655
1656 @item m
1657 Memory operand.
1658 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
1659 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
1660 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
1661
1662 @item G
1663 Floating-point constant 0.0 or 1.0
1664
1665 @item I
1666 14-bit signed integer constant
1667
1668 @item J
1669 22-bit signed integer constant
1670
1671 @item K
1672 8-bit signed integer constant for logical instructions
1673
1674 @item L
1675 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
1676
1677 @item M
1678 6-bit unsigned integer constant for shift counts
1679
1680 @item N
1681 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
1682
1683 @item O
1684 The constant zero
1685
1686 @item P
1687 0 or -1 for @code{dep} instruction
1688
1689 @item Q
1690 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
1691
1692 @item R
1693 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
1694
1695 @item S
1696 Memory operand except postincrement and postdecrement
1697 @end table
1698
1699 @item FRV---@file{frv.h}
1700 @table @code
1701 @item a
1702 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1703
1704 @item b
1705 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1706
1707 @item c
1708 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
1709 @code{icc0} to @code{icc3}).
1710
1711 @item d
1712 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
1713
1714 @item e
1715 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
1716 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
1717 mode larger than 4 bytes.
1718
1719 @item f
1720 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
1721
1722 @item h
1723 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
1724 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
1725 mode larger than 4 bytes.
1726
1727 @item l
1728 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
1729
1730 @item q
1731 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
1732 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
1733 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
1734
1735 @item t
1736 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
1737
1738 @item u
1739 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
1740
1741 @item v
1742 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
1743
1744 @item w
1745 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
1746
1747 @item x
1748 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
1749 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
1750 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
1751
1752 @item z
1753 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
1754
1755 @item A
1756 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1757
1758 @item B
1759 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
1760
1761 @item C
1762 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
1763
1764 @item G
1765 Floating point constant zero
1766
1767 @item I
1768 6-bit signed integer constant
1769
1770 @item J
1771 10-bit signed integer constant
1772
1773 @item L
1774 16-bit signed integer constant
1775
1776 @item M
1777 16-bit unsigned integer constant
1778
1779 @item N
1780 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
1781 range of @minus{}2048 to @minus{}1
1782
1783 @item O
1784 Constant zero
1785
1786 @item P
1787 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
1788 range of 1 to 2047.
1789
1790 @end table
1791
1792 @item IP2K---@file{ip2k.h}
1793 @table @code
1794 @item a
1795 @samp{DP} or @samp{IP} registers (general address)
1796
1797 @item f
1798 @samp{IP} register
1799
1800 @item j
1801 @samp{IPL} register
1802
1803 @item k
1804 @samp{IPH} register
1805
1806 @item b
1807 @samp{DP} register
1808
1809 @item y
1810 @samp{DPH} register
1811
1812 @item z
1813 @samp{DPL} register
1814
1815 @item q
1816 @samp{SP} register
1817
1818 @item c
1819 @samp{DP} or @samp{SP} registers (offsettable address)
1820
1821 @item d
1822 Non-pointer registers (not @samp{SP}, @samp{DP}, @samp{IP})
1823
1824 @item u
1825 Non-SP registers (everything except @samp{SP})
1826
1827 @item R
1828 Indirect thru @samp{IP} - Avoid this except for @code{QImode}, since we
1829 can't access extra bytes
1830
1831 @item S
1832 Indirect thru @samp{SP} or @samp{DP} with short displacement (0..127)
1833
1834 @item T
1835 Data-section immediate value
1836
1837 @item I
1838 Integers from @minus{}255 to @minus{}1
1839
1840 @item J
1841 Integers from 0 to 7---valid bit number in a register
1842
1843 @item K
1844 Integers from 0 to 127---valid displacement for addressing mode
1845
1846 @item L
1847 Integers from 1 to 127
1848
1849 @item M
1850 Integer @minus{}1
1851
1852 @item N
1853 Integer 1
1854
1855 @item O
1856 Zero
1857
1858 @item P
1859 Integers from 0 to 255
1860 @end table
1861
1862 @item MIPS---@file{mips.h}
1863 @table @code
1864 @item d
1865 General-purpose integer register
1866
1867 @item f
1868 Floating-point register (if available)
1869
1870 @item h
1871 @samp{Hi} register
1872
1873 @item l
1874 @samp{Lo} register
1875
1876 @item x
1877 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
1878
1879 @item y
1880 General-purpose integer register
1881
1882 @item z
1883 Floating-point status register
1884
1885 @item I
1886 Signed 16-bit constant (for arithmetic instructions)
1887
1888 @item J
1889 Zero
1890
1891 @item K
1892 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
1893
1894 @item L
1895 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
1896
1897 @item M
1898 32-bit constant which requires two instructions to load (a constant
1899 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
1900
1901 @item N
1902 Negative 16-bit constant
1903
1904 @item O
1905 Exact power of two
1906
1907 @item P
1908 Positive 16-bit constant
1909
1910 @item G
1911 Floating point zero
1912
1913 @item Q
1914 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
1915 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1916
1917 @item R
1918 Memory reference that can be loaded with one instruction
1919 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1920
1921 @item S
1922 Memory reference in external OSF/rose PIC format
1923 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1924 @end table
1925
1926 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
1927 @table @code
1928 @item a
1929 Address register
1930
1931 @item d
1932 Data register
1933
1934 @item f
1935 68881 floating-point register, if available
1936
1937 @item x
1938 Sun FPA (floating-point) register, if available
1939
1940 @item y
1941 First 16 Sun FPA registers, if available
1942
1943 @item I
1944 Integer in the range 1 to 8
1945
1946 @item J
1947 16-bit signed number
1948
1949 @item K
1950 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
1951
1952 @item L
1953 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
1954
1955 @item M
1956 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
1957
1958 @item G
1959 Floating point constant that is not a 68881 constant
1960
1961 @item H
1962 Floating point constant that can be used by Sun FPA
1963 @end table
1964
1965 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{m68hc11.h}
1966 @table @code
1967 @item a
1968 Register 'a'
1969
1970 @item b
1971 Register 'b'
1972
1973 @item d
1974 Register 'd'
1975
1976 @item q
1977 An 8-bit register
1978
1979 @item t
1980 Temporary soft register _.tmp
1981
1982 @item u
1983 A soft register _.d1 to _.d31
1984
1985 @item w
1986 Stack pointer register
1987
1988 @item x
1989 Register 'x'
1990
1991 @item y
1992 Register 'y'
1993
1994 @item z
1995 Pseudo register 'z' (replaced by 'x' or 'y' at the end)
1996
1997 @item A
1998 An address register: x, y or z
1999
2000 @item B
2001 An address register: x or y
2002
2003 @item D
2004 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
2005
2006 @item L
2007 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
2008
2009 @item M
2010 Constants whose 16-bit low part is zero
2011
2012 @item N
2013 Constant integer 1 or @minus{}1
2014
2015 @item O
2016 Constant integer 16
2017
2018 @item P
2019 Constants in the range @minus{}8 to 2
2020
2021 @end table
2022
2023 @need 1000
2024 @item SPARC---@file{sparc.h}
2025 @table @code
2026 @item f
2027 Floating-point register that can hold 32- or 64-bit values.
2028
2029 @item e
2030 Floating-point register that can hold 64- or 128-bit values.
2031
2032 @item I
2033 Signed 13-bit constant
2034
2035 @item J
2036 Zero
2037
2038 @item K
2039 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2040 loaded with the @code{sethi} instruction)
2041
2042 @item L
2043 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2044
2045 @item M
2046 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2047
2048 @item N
2049 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2050 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2051 modes wider than @code{SImode}
2052
2053 @item G
2054 Floating-point zero
2055
2056 @item H
2057 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2058
2059 @item Q
2060 Floating-point constant whose integral representation can
2061 be moved into an integer register using a single sethi
2062 instruction
2063
2064 @item R
2065 Floating-point constant whose integral representation can
2066 be moved into an integer register using a single mov
2067 instruction
2068
2069 @item S
2070 Floating-point constant whose integral representation can
2071 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2072 instruction sequence
2073
2074 @item T
2075 Memory address aligned to an 8-byte boundary
2076
2077 @item U
2078 Even register
2079
2080 @item W
2081 Memory address for @samp{e} constraint registers.
2082
2083 @end table
2084
2085 @item TMS320C3x/C4x---@file{c4x.h}
2086 @table @code
2087 @item a
2088 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
2089
2090 @item b
2091 Stack pointer register (sp)
2092
2093 @item c
2094 Standard (32-bit) precision integer register
2095
2096 @item f
2097 Extended (40-bit) precision register (r0-r11)
2098
2099 @item k
2100 Block count register (bk)
2101
2102 @item q
2103 Extended (40-bit) precision low register (r0-r7)
2104
2105 @item t
2106 Extended (40-bit) precision register (r0-r1)
2107
2108 @item u
2109 Extended (40-bit) precision register (r2-r3)
2110
2111 @item v
2112 Repeat count register (rc)
2113
2114 @item x
2115 Index register (ir0-ir1)
2116
2117 @item y
2118 Status (condition code) register (st)
2119
2120 @item z
2121 Data page register (dp)
2122
2123 @item G
2124 Floating-point zero
2125
2126 @item H
2127 Immediate 16-bit floating-point constant
2128
2129 @item I
2130 Signed 16-bit constant
2131
2132 @item J
2133 Signed 8-bit constant
2134
2135 @item K
2136 Signed 5-bit constant
2137
2138 @item L
2139 Unsigned 16-bit constant
2140
2141 @item M
2142 Unsigned 8-bit constant
2143
2144 @item N
2145 Ones complement of unsigned 16-bit constant
2146
2147 @item O
2148 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero)
2149
2150 @item Q
2151 Indirect memory reference with signed 8-bit or index register displacement
2152
2153 @item R
2154 Indirect memory reference with unsigned 5-bit displacement
2155
2156 @item S
2157 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement
2158
2159 @item T
2160 Direct memory reference
2161
2162 @item U
2163 Symbolic address
2164
2165 @end table
2166
2167 @item S/390 and zSeries---@file{s390.h}
2168 @table @code
2169 @item a
2170 Address register (general purpose register except r0)
2171
2172 @item d
2173 Data register (arbitrary general purpose register)
2174
2175 @item f
2176 Floating-point register
2177
2178 @item I
2179 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2180
2181 @item J
2182 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2183
2184 @item K
2185 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2186
2187 @item L
2188 Unsigned 16-bit constant (0--65535)
2189
2190 @item Q
2191 Memory reference without index register
2192
2193 @item S
2194 Symbolic constant suitable for use with the @code{larl} instruction
2195
2196 @end table
2197
2198 @item Xstormy16---@file{stormy16.h}
2199 @table @code
2200 @item a
2201 Register r0.
2202
2203 @item b
2204 Register r1.
2205
2206 @item c
2207 Register r2.
2208
2209 @item d
2210 Register r8.
2211
2212 @item e
2213 Registers r0 through r7.
2214
2215 @item t
2216 Registers r0 and r1.
2217
2218 @item y
2219 The carry register.
2220
2221 @item z
2222 Registers r8 and r9.
2223
2224 @item I
2225 A constant between 0 and 3 inclusive.
2226
2227 @item J
2228 A constant that has exactly one bit set.
2229
2230 @item K
2231 A constant that has exactly one bit clear.
2232
2233 @item L
2234 A constant between 0 and 255 inclusive.
2235
2236 @item M
2237 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
2238
2239 @item N
2240 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
2241
2242 @item O
2243 A constant between 1 and 4 inclusive.
2244
2245 @item P
2246 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
2247
2248 @item Q
2249 A memory reference that is a stack push.
2250
2251 @item R
2252 A memory reference that is a stack pop.
2253
2254 @item S
2255 A memory reference that refers to an constant address of known value.
2256
2257 @item T
2258 The register indicated by Rx (not implemented yet).
2259
2260 @item U
2261 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
2262
2263 @end table
2264
2265 @item Xtensa---@file{xtensa.h}
2266 @table @code
2267 @item a
2268 General-purpose 32-bit register
2269
2270 @item b
2271 One-bit boolean register
2272
2273 @item A
2274 MAC16 40-bit accumulator register
2275
2276 @item I
2277 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
2278
2279 @item J
2280 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
2281
2282 @item K
2283 Integer constant valid for BccI instructions
2284
2285 @item L
2286 Unsigned constant valid for BccUI instructions
2287
2288 @end table
2289
2290 @end table
2291
2292 @ifset INTERNALS
2293 @node Standard Names
2294 @section Standard Pattern Names For Generation
2295 @cindex standard pattern names
2296 @cindex pattern names
2297 @cindex names, pattern
2298
2299 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
2300 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
2301 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
2302 pattern to accomplish a certain task.
2303
2304 @table @asis
2305 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
2306 @item @samp{mov@var{m}}
2307 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lower case.
2308 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
2309 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
2310
2311 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
2312 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
2313 to store the specified value in the part of the register that corresponds
2314 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
2315 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
2316 outside the target word are left unchanged.
2317
2318 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
2319 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
2320 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
2321 If there are patterns accepting operands in larger modes,
2322 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
2323
2324 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
2325 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
2326 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
2327 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
2328 into a register.
2329
2330 @findex force_reg
2331 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
2332 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
2333 registers other than the operands.  For example, if you support the
2334 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
2335 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
2336 function which might generate new pseudo registers.
2337
2338 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
2339 fetching those modes from memory normally requires several insns and
2340 some temporary registers.
2341
2342 @findex change_address
2343 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
2344 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
2345 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
2346 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
2347 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
2348 an address into a valid address and no routine (such as
2349 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
2350 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
2351
2352 @findex reload_in_progress
2353 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
2354 declared if required) can be used to determine whether such special
2355 handling is required.
2356
2357 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
2358 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
2359 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
2360 machines explicit memory references will get optional reloads.
2361
2362 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
2363 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
2364
2365 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
2366 you must define @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and/or
2367 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
2368 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
2369 them.  @xref{Register Classes}.
2370
2371 @findex no_new_pseudos
2372 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
2373 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
2374 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
2375
2376 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
2377 register to any other hard register provided that
2378 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
2379 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
2380
2381 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
2382 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
2383 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
2384 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
2385 point members.
2386
2387 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
2388 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
2389 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
2390 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
2391 floating point registers, then the constraints of the fixed point
2392 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
2393 reload into a floating point register.
2394
2395 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
2396 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
2397 @item @samp{reload_in@var{m}}
2398 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
2399 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
2400 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
2401 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
2402 macro in @pxref{Register Classes}.
2403
2404 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
2405 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
2406 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
2407 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
2408 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
2409 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
2410 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
2411 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
2412 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
2413 for these patterns.
2414
2415 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
2416 @item @samp{movstrict@var{m}}
2417 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
2418 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
2419 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
2420 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
2421
2422 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
2423 @item @samp{load_multiple}
2424 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
2425 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
2426 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
2427 number of consecutive registers.
2428
2429 Define this only if the target machine really has such an instruction;
2430 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
2431 registers from memory is to do them one at a time.
2432
2433 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
2434 registers can be stored into memory, such as particular starting or
2435 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
2436 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
2437 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
2438
2439 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
2440 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
2441 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
2442 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
2443 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
2444
2445 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
2446 @item @samp{store_multiple}
2447 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
2448 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
2449 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
2450 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
2451
2452 @cindex @code{push@var{m}} instruction pattern
2453 @item @samp{push@var{m}}
2454 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
2455 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
2456 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
2457 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
2458 method is deprecated.
2459
2460 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
2461 @item @samp{add@var{m}3}
2462 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
2463 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
2464 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
2465
2466 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
2467 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
2468 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
2469 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
2470 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
2471 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
2472 @cindex @code{smin@var{m}3} instruction pattern
2473 @cindex @code{smax@var{m}3} instruction pattern
2474 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
2475 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
2476 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
2477 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
2478 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
2479 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
2480 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}, @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
2481 @itemx @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}, @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
2482 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
2483 Similar, for other arithmetic operations.
2484 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
2485 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
2486 @itemx @samp{min@var{m}3}, @samp{max@var{m}3}
2487 Floating point min and max operations.  If both operands are zeros,
2488 or if either operand is NaN, then it is unspecified which of the two
2489 operands is returned as the result.
2490
2491
2492 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
2493 @item @samp{mulhisi3}
2494 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
2495 a @code{SImode} product in operand 0.
2496
2497 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
2498 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
2499 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
2500 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
2501
2502 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
2503 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
2504 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
2505 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
2506 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
2507 multiplication.
2508
2509 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2510 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
2511 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
2512 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
2513 The least significant half of the product is discarded.
2514
2515 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2516 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
2517 Similar, but the multiplication is unsigned.
2518
2519 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
2520 @item @samp{divmod@var{m}4}
2521 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
2522 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
2523 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
2524
2525 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
2526 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
2527 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
2528 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
2529 and remainder are computed.
2530
2531 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
2532 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
2533 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
2534 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
2535 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
2536
2537 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
2538 @item @samp{udivmod@var{m}4}
2539 Similar, but does unsigned division.
2540
2541 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
2542 @item @samp{ashl@var{m}3}
2543 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
2544 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
2545 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
2546 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
2547 mode before generating the instruction.
2548
2549 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
2550 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
2551 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
2552 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
2553 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
2554 Other shift and rotate instructions, analogous to the
2555 @code{ashl@var{m}3} instructions.
2556
2557 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
2558 @item @samp{neg@var{m}2}
2559 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
2560
2561 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
2562 @item @samp{abs@var{m}2}
2563 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
2564
2565 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
2566 @item @samp{sqrt@var{m}2}
2567 Store the square root of operand 1 into operand 0.
2568
2569 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
2570 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
2571 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2572 type @code{float}.
2573
2574 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
2575 @item @samp{cos@var{m}2}
2576 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
2577
2578 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
2579 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
2580 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2581 type @code{float}.
2582
2583 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
2584 @item @samp{sin@var{m}2}
2585 Store the sine of operand 1 into operand 0.
2586
2587 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
2588 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
2589 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2590 type @code{float}.
2591
2592 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
2593 @item @samp{exp@var{m}2}
2594 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
2595
2596 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
2597 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
2598 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2599 type @code{float}.
2600
2601 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
2602 @item @samp{log@var{m}2}
2603 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
2604
2605 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
2606 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
2607 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2608 type @code{float}.
2609
2610 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
2611 @item @samp{floor@var{m}2}
2612 Store the largest integral value not greater than argument.
2613
2614 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
2615 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
2616 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2617 type @code{float}.
2618
2619 @cindex @code{trunc@var{m}2} instruction pattern
2620 @item @samp{trunc@var{m}2}
2621 Store the argument rounded to integer towards zero.
2622
2623 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
2624 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
2625 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2626 type @code{float}.
2627
2628 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
2629 @item @samp{round@var{m}2}
2630 Store the argument rounded to integer away from zero.
2631
2632 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
2633 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
2634 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2635 type @code{float}.
2636
2637 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
2638 @item @samp{ceil@var{m}2}
2639 Store the argument rounded to integer away from zero.
2640
2641 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
2642 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
2643 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2644 type @code{float}.
2645
2646 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
2647 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
2648 Store the argument rounded according to the default rounding mode
2649
2650 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
2651 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
2652 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2653 type @code{float}.
2654
2655 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
2656 @item @samp{ffs@var{m}2}
2657 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
2658 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
2659 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
2660 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
2661 generating the instruction.
2662
2663 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
2664 corresponds to the C data type @code{int}.
2665
2666 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
2667 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
2668 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
2669
2670 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
2671 @item @samp{cmp@var{m}}
2672 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
2673 The RTL pattern should look like this:
2674
2675 @smallexample
2676 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2677                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
2678 @end smallexample
2679
2680 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
2681 @item @samp{tst@var{m}}
2682 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
2683 The RTL pattern should look like this:
2684
2685 @smallexample
2686 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
2687 @end smallexample
2688
2689 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
2690 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
2691 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
2692 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
2693
2694 @cindex @code{movstr@var{m}} instruction pattern
2695 @item @samp{movstr@var{m}}
2696 Block move instruction.  The addresses of the destination and source
2697 strings are the first two operands, and both are in mode @code{Pmode}.
2698
2699 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
2700 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
2701 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
2702 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
2703 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
2704 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
2705 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
2706
2707 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
2708 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
2709 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
2710 it may provide the value 4 for this operand.
2711
2712 Descriptions of multiple @code{movstr@var{m}} patterns can only be
2713 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
2714 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
2715 in @code{movstr@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
2716 individually moved data units in the block.
2717
2718 These patterns need not give special consideration to the possibility
2719 that the source and destination strings might overlap.
2720
2721 @cindex @code{clrstr@var{m}} instruction pattern
2722 @item @samp{clrstr@var{m}}
2723 Block clear instruction.  The addresses of the destination string is the
2724 first operand, in mode @code{Pmode}.  The number of bytes to clear is
2725 the second operand, in mode @var{m}.  See @samp{movstr@var{m}} for
2726 a discussion of the choice of mode.
2727
2728 The third operand is the known alignment of the destination, in the form
2729 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
2730 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
2731 operand.
2732
2733 The use for multiple @code{clrstr@var{m}} is as for @code{movstr@var{m}}.
2734
2735 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
2736 @item @samp{cmpstr@var{m}}
2737 Block compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
2738 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
2739 of @samp{movstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
2740 byte by byte in lexicographic order.  The effect of the instruction is
2741 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
2742 comparison.
2743
2744 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
2745 @item @samp{strlen@var{m}}
2746 Compute the length of a string, with three operands.
2747 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
2748 a @code{mem} referring to the first character of the string,
2749 operand 2 is the character to search for (normally zero),
2750 and operand 3 is a constant describing the known alignment
2751 of the beginning of the string.
2752
2753 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
2754 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
2755 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
2756 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2757 @var{n}).
2758
2759 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
2760 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
2761 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
2762 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2763 @var{n}).
2764
2765 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
2766 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
2767 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2768 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
2769 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
2770 the value of operand 1 is an integer.
2771
2772 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
2773 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
2774 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2775 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
2776 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
2777 value of operand 1 is an integer.
2778
2779 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
2780 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
2781 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
2782 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
2783 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
2784
2785 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2786 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
2787 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
2788 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2789
2790 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2791 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
2792 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
2793 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2794
2795 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
2796 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
2797 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2798 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2799 point or both floating point.
2800
2801 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
2802 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
2803 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2804 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2805 point or both floating point.
2806
2807 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
2808 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
2809 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2810 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2811 point.
2812
2813 @cindex @code{extv} instruction pattern
2814 @item @samp{extv}
2815 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
2816 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
2817 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
2818 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
2819 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
2820 be valid for @code{word_mode}.
2821
2822 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2823 for operands 2 and 3.
2824
2825 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
2826 before it is stored in operand 0.
2827
2828 @cindex @code{extzv} instruction pattern
2829 @item @samp{extzv}
2830 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
2831
2832 @cindex @code{insv} instruction pattern
2833 @item @samp{insv}
2834 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
2835 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
2836 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
2837 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
2838 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
2839
2840 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2841 for operands 1 and 2.
2842
2843 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
2844 @item @samp{mov@var{mode}cc}
2845 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
2846 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
2847 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
2848
2849 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
2850 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
2851 conditionally move an integer value based on the floating point condition
2852 codes and vice versa.
2853
2854 If the machine does not have conditional move instructions, do not
2855 define these patterns.
2856
2857 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
2858 @item @samp{s@var{cond}}
2859 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
2860 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
2861 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
2862 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
2863
2864 You specify the mode that the operand must have when you write the
2865 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
2866 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
2867
2868 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
2869 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
2870 you should omit it from the machine description.  You describe to the
2871 compiler exactly which value is stored by defining the macro
2872 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
2873 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
2874 should omit those operations from the machine description.
2875
2876 These operations may fail, but should do so only in relatively
2877 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
2878 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
2879
2880 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
2881 that copies the constant one to the target and branches around an
2882 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
2883 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
2884 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
2885 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
2886 the machine description.
2887
2888 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
2889 @item @samp{b@var{cond}}
2890 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
2891 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
2892 condition @var{cond}.
2893
2894 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
2895 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
2896 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
2897 simply store the operands away and generate all the required insns in a
2898 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
2899 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
2900 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
2901 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
2902
2903 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
2904 where the mode used for the comparison depends on the condition being
2905 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
2906
2907 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
2908 @samp{s@var{cond}} patterns.
2909
2910 @cindex @code{jump} instruction pattern
2911 @item @samp{jump}
2912 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
2913 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
2914 on all machines.
2915
2916 @cindex @code{call} instruction pattern
2917 @item @samp{call}
2918 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
2919 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
2920 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
2921 operands.
2922
2923 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
2924 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
2925 to put this information into the assembler code; they can put it in
2926 the RTL instead of operand 1.
2927
2928 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
2929 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
2930 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
2931 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
2932 instruction, the pattern for this operation should be a
2933 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
2934 address into a register and uses that register in the call instruction.
2935
2936 @cindex @code{call_value} instruction pattern
2937 @item @samp{call_value}
2938 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
2939 register in which the value is returned.  There are three more
2940 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
2941 instruction (but with numbers increased by one).
2942
2943 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
2944 insn.
2945
2946 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
2947 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
2948 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
2949 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
2950 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
2951 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
2952 adjustment made to the frame pointer.
2953
2954 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
2955 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
2956 can be eliminated, if desired.
2957
2958 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
2959 @item @samp{untyped_call}
2960 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
2961 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
2962 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
2963 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2964 the saving of a function return value into the result block.
2965
2966 This instruction pattern should be defined to support
2967 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
2968 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
2969 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
2970 multiple registers that can hold a return value
2971 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
2972
2973 @cindex @code{return} instruction pattern
2974 @item @samp{return}
2975 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
2976 defined only if a single instruction can do all the work of returning
2977 from a function.
2978
2979 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
2980 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
2981 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
2982 some class of functions only requires one instruction to implement a
2983 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
2984 to save any registers or allocate stack space.
2985
2986 @findex reload_completed
2987 @findex leaf_function_p
2988 For such machines, the condition specified in this pattern should only
2989 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
2990 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
2991 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
2992 a register window push is required.
2993
2994 Machines that have conditional return instructions should define patterns
2995 such as
2996
2997 @smallexample
2998 (define_insn ""
2999   [(set (pc)
3000         (if_then_else (match_operator
3001                          0 "comparison_operator"
3002                          [(cc0) (const_int 0)])
3003                       (return)
3004                       (pc)))]
3005   "@var{condition}"
3006   "@dots{}")
3007 @end smallexample
3008
3009 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
3010 named @samp{return} pattern.
3011
3012 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
3013 @item @samp{untyped_return}
3014 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
3015 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
3016 instructions are needed to return a value of any type.
3017
3018 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
3019 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
3020 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3021 the restoring of a function return value from the result block.
3022
3023 @cindex @code{nop} instruction pattern
3024 @item @samp{nop}
3025 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
3026 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
3027 RTL pattern.
3028
3029 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
3030 @item @samp{indirect_jump}
3031 An instruction to jump to an address which is operand zero.
3032 This pattern name is mandatory on all machines.
3033
3034 @cindex @code{casesi} instruction pattern
3035 @item @samp{casesi}
3036 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
3037 This instruction takes five operands:
3038
3039 @enumerate
3040 @item
3041 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
3042
3043 @item
3044 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
3045
3046 @item
3047 The total range of indices in the table---the largest index
3048 minus the smallest one (both inclusive).
3049
3050 @item
3051 A label that precedes the table itself.
3052
3053 @item
3054 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
3055 (If the machine-description macro @code{CASE_DROPS_THROUGH} is defined,
3056 then an out-of-bounds index drops through to the code following
3057 the jump table instead of jumping to this label.  In that case,
3058 this label is not actually used by the @samp{casesi} instruction,
3059 but it is always provided as an operand.)
3060 @end enumerate
3061
3062 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
3063 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
3064 difference between the upper bound and the lower bound.
3065
3066 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
3067 @item @samp{tablejump}
3068 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
3069 capability which can be used to implement a dispatch table when there
3070 is no @samp{casesi} pattern.
3071
3072 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
3073 which should immediately precede the jump table.  If the macro
3074 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
3075 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
3076 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
3077 mode @code{Pmode}.
3078
3079 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
3080 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
3081 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
3082 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
3083
3084
3085 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
3086 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
3087 Conditional branch instruction that decrements a register and
3088 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
3089 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
3090 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
3091
3092 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
3093 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
3094 reduction is enabled.
3095
3096 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
3097 @item @samp{doloop_end}
3098 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
3099 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
3100 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
3101 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
3102 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
3103 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
3104 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
3105 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
3106 @xref{Looping Patterns}.
3107
3108 This optional instruction pattern should be defined for machines with
3109 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
3110 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
3111 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3112 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
3113 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
3114 too large for this instruction, make it fail.
3115
3116 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
3117 @item @samp{doloop_begin}
3118 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
3119 need to perform some initialization, such as loading special registers
3120 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
3121 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
3122 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
3123
3124
3125 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
3126 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
3127 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
3128 into operand 0.
3129
3130 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
3131 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
3132 and also has mode @code{Pmode}.
3133
3134 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
3135 the address of the function which would be called if the function
3136 pointer were used in an indirect call.
3137
3138 Only define this pattern if function pointers on the target machine
3139 can have different values but still call the same function when
3140 used in an indirect call.
3141
3142 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
3143 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
3144 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
3145 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
3146 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
3147 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
3148 @item @samp{save_stack_block}
3149 @itemx @samp{save_stack_function}
3150 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
3151 @itemx @samp{restore_stack_block}
3152 @itemx @samp{restore_stack_function}
3153 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
3154 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
3155 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
3156 such machines.
3157
3158 Some machines require special handling for stack pointer saves and
3159 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
3160 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
3161 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
3162 saves and restores are:
3163
3164 @enumerate
3165 @item
3166 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
3167 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
3168 restores the stack pointer when the block is exited.
3169
3170 @item
3171 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
3172 similar job for the outermost block of a function and are used when the
3173 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
3174 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
3175 restore sequence on some machines.
3176
3177 @item
3178 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
3179 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
3180 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
3181 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
3182 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
3183 and restoring additional data such as register window information or
3184 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
3185 such required data.
3186 @end enumerate
3187
3188 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
3189 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
3190 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
3191 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
3192 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
3193 for a particular type of save (either because no save is needed or
3194 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
3195 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
3196 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
3197 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
3198
3199 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
3200 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
3201 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
3202
3203 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
3204 @item @samp{allocate_stack}
3205 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
3206 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
3207
3208 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
3209 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
3210 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
3211 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
3212 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
3213 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
3214 stack is free.
3215
3216 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
3217 Some machines require other operations such as stack probes or
3218 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
3219 operations in addition to updating the stack pointer.
3220
3221 @cindex @code{probe} instruction pattern
3222 @item @samp{probe}
3223 Some machines require instructions to be executed after space is
3224 allocated from the stack, for example to generate a reference at
3225 the bottom of the stack.
3226
3227 If you need to emit instructions before the stack has been adjusted,
3228 put them into the @samp{allocate_stack} pattern.  Otherwise, define
3229 this pattern to emit the required instructions.
3230
3231 No operands are provided.
3232
3233 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
3234 @item @samp{check_stack}
3235 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
3236 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
3237 to perform the needed check and signaling an error if the stack
3238 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
3239 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
3240 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
3241 limit from a global or thread-specific variable or register.
3242
3243 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
3244 @item @samp{nonlocal_goto}
3245 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
3246 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
3247 each representing a value to be used in the jump.  The first
3248 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
3249 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
3250 the third is the address of a location where the stack is saved,
3251 and the last is the address of the label, to be placed in the
3252 location for the incoming static chain.
3253
3254 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
3255 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
3256 and static chain, restore the stack (using the
3257 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
3258 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
3259 not work on your machine.
3260
3261 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
3262 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
3263 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
3264 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
3265 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
3266 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
3267 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
3268 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
3269 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
3270 There are no arguments.
3271
3272 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
3273 @item @samp{exception_receiver}
3274 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3275 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3276 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3277 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3278 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
3279 an exception.  There are no arguments.
3280
3281 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
3282 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
3283 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
3284 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
3285 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
3286 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
3287 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
3288 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
3289 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
3290 the first three are normally used by the generic mechanism.
3291
3292 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
3293 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
3294 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3295 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3296 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3297 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3298 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
3299 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
3300 at a small offset from that label.
3301
3302 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
3303 @item @samp{builtin_longjmp}
3304 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
3305 You will not normally need to define this pattern unless you also define
3306 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
3307 @code{jmp_buf}.
3308
3309 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
3310 @item @samp{eh_return}
3311 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
3312 and thence the call frame exception handling library routines, are
3313 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
3314 the abnormal return path.
3315
3316 The pattern takes two arguments.  The first is an offset to be applied
3317 to the stack pointer.  It will have been copied to some appropriate
3318 location (typically @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX}) which will survive
3319 until after reload to when the normal epilogue is generated.
3320 The second argument is the address of the exception handler to which
3321 the function should return.  This will normally need to copied by the
3322 pattern to some special register or memory location.
3323
3324 This pattern only needs to be defined if call frame exception handling
3325 is to be used, and simple moves involving @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX}
3326 and @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX} are not sufficient.
3327
3328 @cindex @code{prologue} instruction pattern
3329 @anchor{prologue instruction pattern}
3330 @item @samp{prologue}
3331 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
3332 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
3333 pointer register, saving callee saved registers, etc.
3334
3335 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
3336 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
3337
3338 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
3339 instruction scheduling.
3340
3341 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
3342 @anchor{epilogue instruction pattern}
3343 @item @samp{epilogue}
3344 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
3345 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
3346 registers and emitting the return instruction.
3347
3348 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
3349 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
3350
3351 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
3352 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
3353
3354 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
3355 @item @samp{sibcall_epilogue}
3356 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
3357 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
3358 sibling call (aka tail call) sites.
3359
3360 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
3361 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
3362 function.
3363
3364 @cindex @code{trap} instruction pattern
3365 @item @samp{trap}
3366 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
3367 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
3368 front end to signal `invalid array index' exceptions.
3369
3370 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
3371 @item @samp{conditional_trap}
3372 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
3373 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
3374
3375 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
3376
3377 @smallexample
3378 (define_insn "conditional_trap"
3379   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
3380              [(cc0) (const_int 0)])
3381             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
3382   ""
3383   "@dots{}")
3384 @end smallexample
3385
3386 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
3387 @item @samp{prefetch}
3388
3389 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
3390 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
3391 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
3392 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
3393 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
3394 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
3395 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
3396 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
3397 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
3398
3399 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
3400 the values of operands 1 and 2.
3401
3402 @end table
3403
3404 @node Pattern Ordering
3405 @section When the Order of Patterns Matters
3406 @cindex Pattern Ordering
3407 @cindex Ordering of Patterns
3408
3409 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
3410 pattern that appears first in the machine description is the one used.
3411 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
3412 and faster instructions (those that will produce better code when they
3413 do match) should usually go first in the description.
3414
3415 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
3416 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
3417 instruction for converting a fullword to floating point and another
3418 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
3419 an integer to floating point could match either one.  We put the
3420 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
3421 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
3422 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
3423 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
3424 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
3425 constant value.
3426
3427 @node Dependent Patterns
3428 @section Interdependence of Patterns
3429 @cindex Dependent Patterns
3430 @cindex Interdependence of Patterns
3431
3432 Every machine description must have a named pattern for each of the
3433 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
3434 must always have the form
3435
3436 @example
3437 (set (pc)
3438      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3439                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
3440                    (pc)))
3441 @end example
3442
3443 @noindent
3444 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
3445 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
3446 look like
3447
3448 @example
3449 (set (pc)
3450      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3451                    (pc)
3452                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
3453 @end example
3454
3455 @noindent
3456 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
3457 branches into reverse-conditional branches.
3458
3459 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
3460 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
3461 example,
3462
3463 @example
3464 (define_insn ""
3465   [(set (pc)
3466         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
3467                                       [(cc0) (const_int 0)])
3468                       (pc)
3469                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
3470   "@var{condition}"
3471   "@dots{}")
3472 @end example
3473
3474 In some cases machines support instructions identical except for the
3475 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
3476 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
3477 patterns are
3478
3479 @example
3480 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3481      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
3482
3483 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3484      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
3485 @end example
3486
3487 @noindent
3488 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
3489 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
3490 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
3491 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
3492 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
3493 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
3494
3495 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
3496 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
3497 compilations.
3498
3499 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
3500 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
3501 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
3502 you should not provide separate patterns for increment and decrement
3503 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
3504 that supports register-register add insns by examining the operands and
3505 generating the appropriate machine instruction.
3506
3507 @node Jump Patterns
3508 @section Defining Jump Instruction Patterns
3509 @cindex jump instruction patterns
3510 @cindex defining jump instruction patterns
3511
3512 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
3513 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
3514 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
3515 insn tests the condition code and branches or not according its value.
3516 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
3517 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
3518 way.
3519
3520 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
3521 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
3522 these machines is to treat them just like the others until the final stage
3523 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
3524 compare instruction, peek ahead at the following branch using
3525 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
3526 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
3527 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
3528 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
3529 can treat signed and unsigned branches identically.
3530
3531 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
3532 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
3533 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
3534 until the end.
3535
3536 To go with this technique, you must define the machine-description macro
3537 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
3538 compare instruction is superfluous.
3539
3540 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
3541 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
3542 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
3543 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
3544 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
3545
3546 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
3547 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
3548 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
3549 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
3550 above in addition to any special patterns you define.
3551
3552 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
3553 code and there may not even be a separate condition code register.  On
3554 these machines, the restriction that the definition and use of the
3555 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
3556 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
3557 delay for taken branches unless the condition code register is set three
3558 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
3559 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
3560 separate the definition and use of the condition code register.
3561
3562 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
3563 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
3564 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
3565 comparison result can be placed in any general register, or if there are
3566 multiple condition registers, use a pseudo register.
3567
3568 @findex prev_cc0_setter
3569 @findex next_cc0_user
3570 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
3571 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
3572 SPARC, setting the condition code directly from an add or subtract
3573 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
3574 instruction does, so a different branch instruction must be used for
3575 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
3576 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
3577 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
3578 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
3579 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
3580 and @code{next_cc0_user}.
3581
3582 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
3583 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
3584 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
3585 we use the machine mode of the condition code register to record
3586 different formats of the condition code register.
3587
3588 Registers used to store the condition code value should have a mode that
3589 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
3590 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
3591 the SPARC), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
3592 additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
3593 @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
3594
3595 If it is known during RTL generation that a different mode will be
3596 required (for example, if the machine has separate compare instructions
3597 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
3598 be specified at that time.
3599
3600 If the cases that require different modes would be made by instruction
3601 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
3602 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
3603 written using that mode.  To support the case of the add on the SPARC
3604 discussed above, we have the pattern
3605
3606 @smallexample
3607 (define_insn ""
3608   [(set (reg:CC_NOOV 0)
3609         (compare:CC_NOOV
3610           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
3611                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
3612           (const_int 0)))]
3613   ""
3614   "@dots{}")
3615 @end smallexample
3616
3617 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the SPARC returns @code{CC_NOOVmode}
3618 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
3619
3620 @node Looping Patterns
3621 @section Defining Looping Instruction Patterns
3622 @cindex looping instruction patterns
3623 @cindex defining looping instruction patterns
3624
3625 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
3626 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
3627 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
3628 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
3629 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
3630 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
3631 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
3632 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
3633 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
3634 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
3635 the jump.
3636
3637 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
3638 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
3639 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
3640 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
3641 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
3642 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
3643 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
3644 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
3645 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
3646 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
3647 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
3648 following for its @code{dbra} instruction:
3649
3650 @smallexample
3651 @group
3652 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3653   [(set (pc)
3654         (if_then_else
3655           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3656                        (const_int -1))
3657               (const_int 0))
3658           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3659           (pc)))
3660    (set (match_dup 0)
3661         (plus:SI (match_dup 0)
3662                  (const_int -1)))]
3663   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3664   "@dots{}")
3665 @end group
3666 @end smallexample
3667
3668 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
3669 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
3670 since this insn is generated by the instruction combination phase
3671 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
3672 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
3673 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
3674 pattern will not be matched by the combiner.
3675
3676 @smallexample
3677 @group
3678 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3679   [(set (pc)
3680         (if_then_else
3681           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3682               (const_int 1))
3683           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3684           (pc)))
3685    (set (match_dup 0)
3686         (plus:SI (match_dup 0)
3687                  (const_int -1)))]
3688   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3689   "@dots{}")
3690 @end group
3691 @end smallexample
3692
3693 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
3694 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
3695 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
3696 information collected during strength reduction.
3697
3698 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
3699 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
3700 is an optional companion pattern that can be used for initialization
3701 needed for some low-overhead looping instructions.
3702
3703 Note that some machines require the actual looping instruction to be
3704 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
3705 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
3706 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
3707 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
3708 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
3709 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
3710 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
3711 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
3712 desired special iteration counter register was not allocated, this
3713 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
3714 instruction pair.
3715
3716 The essential difference between the
3717 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
3718 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
3719 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
3720 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
3721 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
3722 may become redundant and removed by the flow pass.
3723
3724
3725 @node Insn Canonicalizations
3726 @section Canonicalization of Instructions
3727 @cindex canonicalization of instructions
3728 @cindex insn canonicalization
3729
3730 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
3731 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
3732 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
3733 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
3734 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
3735 number of insn patterns required.
3736
3737 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
3738 are performed:
3739
3740 @itemize @bullet
3741 @item
3742 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
3743 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
3744 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
3745 be supplied.
3746
3747 @cindex @code{neg}, canonicalization of
3748 @cindex @code{not}, canonicalization of
3749 @cindex @code{mult}, canonicalization of
3750 @cindex @code{plus}, canonicalization of
3751 @cindex @code{minus}, canonicalization of
3752 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
3753 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
3754 first operand.
3755
3756 @item
3757 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
3758 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
3759 the operations as far as possible.  For instance, 
3760 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
3761 @code{(plus (mult (neg A) B) C)} is canonicalized as
3762 @code{(minus A (mult B C))}.
3763
3764 @cindex @code{compare}, canonicalization of
3765 @item
3766 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
3767 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
3768 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
3769 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
3770 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
3771 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
3772 such an instruction.
3773
3774 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
3775 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
3776 above.
3777
3778 @item
3779 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
3780 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
3781
3782 @item
3783 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
3784 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
3785
3786 @cindex @code{ior}, canonicalization of
3787 @cindex @code{and}, canonicalization of
3788 @cindex De Morgan's law
3789 @item
3790 De`Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
3791 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
3792 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
3793
3794 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
3795 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
3796 for that instruction as
3797
3798 @example
3799 (define_insn ""
3800   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3801         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3802                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
3803   "@dots{}"
3804   "@dots{}")
3805 @end example
3806
3807 @noindent
3808 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
3809
3810 @example
3811 (define_insn ""
3812   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3813         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3814                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
3815   "@dots{}"
3816   "@dots{}")
3817 @end example
3818
3819 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
3820 logically equivalent RTL expressions.
3821
3822 @cindex @code{xor}, canonicalization of
3823 @item
3824 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
3825 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
3826 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
3827
3828 @item
3829 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
3830 the form
3831
3832 @example
3833 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
3834 @end example
3835
3836 @item
3837 On machines that do not use @code{cc0},
3838 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
3839 @var{x}.
3840
3841 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
3842 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
3843 @item
3844 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
3845 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
3846 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
3847
3848 @end itemize
3849
3850 @node Expander Definitions
3851 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
3852 @cindex expander definitions
3853 @cindex code generation RTL sequences
3854 @cindex defining RTL sequences for code generation
3855
3856 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
3857 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
3858 represent them.  For these target machines, you can write a
3859 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
3860
3861 @findex define_expand
3862 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
3863 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
3864 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
3865
3866 A @code{define_expand} RTX has four operands:
3867
3868 @itemize @bullet
3869 @item
3870 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
3871 use for it is to refer to it by name.
3872
3873 @item
3874 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
3875 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
3876 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
3877
3878 @item
3879 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
3880 used to express how the availability of this pattern depends on
3881 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
3882 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
3883 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
3884 depend on the data in the insn being matched, but only the
3885 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
3886 during initialization in order to learn exactly which named instructions
3887 are available in a particular run.
3888
3889 @item
3890 The preparation statements, a string containing zero or more C
3891 statements which are to be executed before RTL code is generated from
3892 the RTL template.
3893
3894 Usually these statements prepare temporary registers for use as
3895 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
3896 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
3897 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
3898 @end itemize
3899
3900 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
3901 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
3902 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
3903 it.
3904
3905 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
3906 also describes the operands that need to be specified when this pattern
3907 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
3908
3909 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
3910 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
3911 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
3912 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
3913 information to preload the operand into a register if that is required for
3914 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
3915 references should use @code{match_dup}.
3916
3917 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
3918 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
3919 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
3920 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
3921 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
3922 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
3923 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
3924 compute the values and store them into the appropriate elements of
3925 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
3926
3927 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
3928 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
3929 as a statement.
3930
3931 @table @code
3932
3933 @findex DONE
3934 @item DONE
3935 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
3936 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
3937 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
3938 preparation statements; the RTL template will not be generated.
3939
3940 @findex FAIL
3941 @item FAIL
3942 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
3943 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
3944 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
3945
3946 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
3947 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
3948 operations.
3949 @end table
3950
3951 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
3952 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
3953 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
3954 insn.
3955
3956 The RTL template is not used for matching, only for generating the
3957 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
3958 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
3959 list of operands, such as this example:
3960
3961 @smallexample
3962 @group
3963 (define_expand "addsi3"
3964   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3965    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
3966    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
3967 @end group
3968 @group
3969   ""
3970   "
3971 @{
3972   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
3973   DONE;
3974 @}")
3975 @end group
3976 @end smallexample
3977
3978 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
3979
3980 @smallexample
3981 @group
3982 (define_expand "ashlsi3"
3983   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3984         (ashift:SI
3985 @end group
3986 @group
3987           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
3988           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
3989   ""
3990   "
3991 @end group
3992 @end smallexample
3993
3994 @smallexample
3995 @group
3996 @{
3997   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
3998       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
3999     FAIL;
4000 @}")
4001 @end group
4002 @end smallexample
4003
4004 @noindent
4005 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
4006 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
4007 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
4008 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
4009 library call).
4010
4011 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
4012 patterns with names, then it would be possible to use a
4013 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
4014 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
4015
4016 @smallexample
4017 (define_expand "zero_extendhisi2"
4018   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
4019         (const_int 0))
4020    (set (strict_low_part
4021           (subreg:HI
4022             (match_dup 0)
4023             0))
4024         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
4025   ""
4026   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
4027 @end smallexample
4028
4029 @noindent
4030 @findex make_safe_from
4031 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
4032 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
4033 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
4034 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
4035 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
4036 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
4037 by emitting another RTL insn.
4038
4039 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
4040 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
4041 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
4042 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
4043 on this machine.  So it must be copied into a register with
4044 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
4045
4046 @smallexample
4047 (define_expand "zero_extendhisi2"
4048   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4049         (and:SI (subreg:SI
4050                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
4051                   0)
4052                 (match_dup 2)))]
4053   ""
4054   "operands[2]
4055      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
4056 @end smallexample
4057
4058 @strong{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
4059 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
4060 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
4061 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
4062 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
4063 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
4064 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
4065 in the compiler.
4066
4067 @node Insn Splitting
4068 @section Defining How to Split Instructions
4069 @cindex insn splitting
4070 @cindex instruction splitting
4071 @cindex splitting instructions
4072
4073 There are two cases where you should specify how to split a pattern
4074 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
4075 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
4076 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
4077 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
4078 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
4079 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
4080 cannot be placed into a delay slot.
4081
4082 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
4083 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
4084 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
4085 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
4086 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
4087 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
4088 scheduling.
4089
4090 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
4091 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
4092 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
4093 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
4094 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
4095 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
4096 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
4097 split the addition into two insns is machine-dependent.
4098
4099 @findex define_split
4100 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
4101 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
4102
4103 @smallexample
4104 (define_split
4105   [@var{insn-pattern}]
4106   "@var{condition}"
4107   [@var{new-insn-pattern-1}
4108    @var{new-insn-pattern-2}
4109    @dots{}]
4110   "@var{preparation-statements}")
4111 @end smallexample
4112
4113 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
4114 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
4115 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
4116 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
4117 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
4118 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
4119
4120 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
4121 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4122 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
4123 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
4124 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
4125 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
4126 must not allocate any space in the stack frame.
4127
4128 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
4129 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
4130 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
4131 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
4132 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
4133 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
4134 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
4135 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
4136 of those definitions.
4137
4138 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
4139 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
4140 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
4141
4142 @smallexample
4143 (define_split
4144   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4145         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
4146   ""
4147   [(set (match_dup 0)
4148         (ashift:SI (match_dup 1)
4149                    (const_int 16)))
4150    (set (match_dup 0)
4151         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
4152                      (const_int 16)))]
4153   "
4154 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
4155 @end smallexample
4156
4157 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
4158 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
4159 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
4160 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
4161 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
4162 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
4163 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
4164 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
4165 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
4166 @code{define_split} that will never produce insns that match).
4167
4168 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
4169 @file{rs6000.md}:
4170
4171 @smallexample
4172 (define_split
4173   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4174         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4175                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
4176   ""
4177   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
4178    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
4179 "
4180 @{
4181   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
4182   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
4183
4184   if (low & 0x8000)
4185     high++, low |= 0xffff0000;
4186
4187   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
4188   operands[4] = GEN_INT (low);
4189 @}")
4190 @end smallexample
4191
4192 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
4193 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
4194 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
4195 can be substituted into the address of a subsequent operation.
4196
4197 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
4198 an equality comparison of a register and a large constant:
4199
4200 @smallexample
4201 (define_split
4202   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
4203         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4204                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
4205    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
4206   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
4207    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
4208        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
4209   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
4210    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
4211   "
4212 @{
4213   /* Get the constant we are comparing against, C, and see what it
4214      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
4215      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.  */
4216
4217   int c = INTVAL (operands[2]);
4218   int sextc = (c << 16) >> 16;
4219   int xorv = c ^ sextc;
4220
4221   operands[4] = GEN_INT (xorv);
4222   operands[5] = GEN_INT (sextc);
4223 @}")
4224 @end smallexample
4225
4226 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
4227 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
4228 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
4229 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
4230 are not valid.
4231
4232 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
4233 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
4234 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
4235 several restriction apply.
4236
4237 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
4238 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
4239 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
4240 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
4241 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
4242 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump. An global variable
4243 @code{split_branch_probability} hold the probability of original branch in case
4244 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
4245 recomputing of edge frequencies, new sequence is required to have only
4246 forward jumps to the newly created labels.
4247
4248 @findex define_insn_and_split
4249 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
4250 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
4251 this:
4252
4253 @smallexample
4254 (define_insn_and_split
4255   [@var{insn-pattern}]
4256   "@var{condition}"
4257   "@var{output-template}"
4258   "@var{split-condition}"
4259   [@var{new-insn-pattern-1}
4260    @var{new-insn-pattern-2}
4261    @dots{}]
4262   "@var{preparation-statements}"
4263   [@var{insn-attributes}])
4264
4265 @end smallexample
4266
4267 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
4268 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
4269 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
4270 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
4271 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
4272 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
4273 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
4274 from i386.md:
4275
4276 @smallexample
4277 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
4278   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
4279      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
4280    (clobber (reg:CC 17))]
4281   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
4282   "#"
4283   "&& reload_completed"
4284   [(parallel [(set (match_dup 0)
4285                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
4286               (clobber (reg:CC 17))])]
4287   ""
4288   [(set_attr "type" "alu1")])
4289
4290 @end smallexample
4291
4292 In this case, the actual split condition will be
4293 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
4294
4295 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
4296 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
4297 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
4298 having to ensure the two patterns' templates match.
4299
4300 @node Including Patterns
4301 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
4302 @cindex insn includes
4303
4304 @findex include
4305 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
4306 look for patterns that are in files other than in the file
4307 @file{.md}. This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
4308
4309 It looks like:
4310
4311 @smallexample
4312
4313 (include
4314   @var{pathname})
4315 @end smallexample
4316
4317 For example:
4318
4319 @smallexample
4320
4321 (include "filestuff")
4322
4323 @end smallexample
4324
4325 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
4326 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}. The
4327 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
4328
4329
4330 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
4331 and placed into subdirectories.
4332
4333 By specifying:
4334
4335 @smallexample
4336
4337 (include "BOGUS/filestuff")
4338
4339 @end smallexample
4340
4341 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
4342
4343 Specifying an absolute path for the include file such as;
4344 @smallexample
4345
4346 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
4347
4348 @end smallexample
4349 is permitted but is not encouraged.
4350
4351 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
4352 @cindex directory options .md
4353 @cindex options, directory search
4354 @cindex search options
4355
4356 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
4357 For example:
4358
4359 @smallexample
4360
4361 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
4362
4363 @end smallexample
4364
4365
4366 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
4367 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
4368 file, substituting your own version, since these directories are
4369 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
4370 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
4371 order; the standard default directory come after.
4372
4373
4374 @node Peephole Definitions
4375 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
4376 @cindex peephole optimizer definitions
4377 @cindex defining peephole optimizers
4378
4379 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
4380 definitions of machine-specific peephole optimizations.
4381
4382 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
4383 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
4384 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
4385 though the second one does not appear to use a register computed in the
4386 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
4387 opportunities.
4388
4389 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
4390 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
4391 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
4392 is deprecated.
4393
4394 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
4395 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
4396 but before scheduling, which may result in much better code for
4397 targets that do scheduling.
4398
4399 @menu
4400 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
4401 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
4402 @end menu
4403
4404 @node define_peephole
4405 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
4406 @findex define_peephole
4407
4408 @need 1000
4409 A definition looks like this:
4410
4411 @smallexample
4412 (define_peephole
4413   [@var{insn-pattern-1}
4414    @var{insn-pattern-2}
4415    @dots{}]
4416   "@var{condition}"
4417   "@var{template}"
4418   "@var{optional-insn-attributes}")
4419 @end smallexample
4420
4421 @noindent
4422 The last string operand may be omitted if you are not using any
4423 machine-specific information in this machine description.  If present,
4424 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
4425
4426 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
4427 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
4428 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
4429 the next, and so on.
4430
4431 Each of the insns matched by a peephole must also match a
4432 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
4433 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
4434 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
4435 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
4436 stages.
4437
4438 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
4439 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
4440 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
4441 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
4442 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
4443 other.
4444
4445 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
4446 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
4447 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
4448 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
4449 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
4450
4451 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
4452 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
4453 previously tested.
4454
4455 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
4456 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
4457 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
4458 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
4459 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
4460 patterns.
4461
4462 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
4463 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
4464 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
4465 the operands.
4466
4467 @findex prev_active_insn
4468 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
4469 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
4470 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
4471 to refer to the last of the insns being matched; use
4472 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
4473
4474 @findex dead_or_set_p
4475 When optimizing computations with intermediate results, you can use
4476 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
4477 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
4478 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
4479 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
4480 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
4481 value (from @code{operands[@var{i}]}).
4482
4483 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
4484 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
4485 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
4486 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
4487 used in matching the original sequence of insns.
4488
4489 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
4490 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
4491 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
4492 as the insn pattern to control how the insn is output.
4493
4494 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
4495 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
4496
4497 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
4498
4499 @smallexample
4500 (define_peephole
4501   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
4502    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
4503         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
4504   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
4505 @{
4506   rtx xoperands[2];
4507   xoperands[1] = gen_rtx (REG, SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
4508 #ifdef MOTOROLA
4509   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
4510   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
4511   return "fmove.d (sp)+,%0";
4512 #else
4513   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
4514   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
4515   return "fmoved sp@@+,%0";
4516 #endif
4517 @})
4518 @end smallexample
4519
4520 @need 1000
4521 The effect of this optimization is to change
4522
4523 @smallexample
4524 @group
4525 jbsr _foobar
4526 addql #4,sp
4527 movel d1,sp@@-
4528 movel d0,sp@@-
4529 fmoved sp@@+,fp0
4530 @end group
4531 @end smallexample
4532
4533 @noindent
4534 into
4535
4536 @smallexample
4537 @group
4538 jbsr _foobar
4539 movel d1,sp@@
4540 movel d0,sp@@-
4541 fmoved sp@@+,fp0
4542 @end group
4543 @end smallexample
4544
4545 @ignore
4546 @findex CC_REVERSED
4547 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
4548 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
4549 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
4550 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
4551 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
4552 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
4553 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
4554 and in this C code check the condition code status flags and change the
4555 assembler code as appropriate.
4556 @end ignore
4557
4558 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
4559 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
4560 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
4561 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
4562 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
4563 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
4564 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
4565 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
4566 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
4567
4568 @smallexample
4569 (define_insn "divmodsi4"
4570   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
4571         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
4572                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
4573    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4574         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
4575   "TARGET_68020"
4576   "divsl%.l %2,%3:%0")
4577 @end smallexample
4578
4579 @noindent
4580 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
4581
4582 @smallexample
4583 (define_peephole
4584   [@dots{}
4585    (parallel
4586     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
4587           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
4588                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
4589      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4590           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
4591    @dots{}]
4592   @dots{})
4593 @end smallexample
4594
4595 @node define_peephole2
4596 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
4597 @findex define_peephole2
4598
4599 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
4600 substitute one sequence of instructions for another sequence,
4601 what additional scratch registers may be needed and what their
4602 lifetimes must be.
4603
4604 @smallexample
4605 (define_peephole2
4606   [@var{insn-pattern-1}
4607    @var{insn-pattern-2}
4608    @dots{}]
4609   "@var{condition}"
4610   [@var{new-insn-pattern-1}
4611    @var{new-insn-pattern-2}
4612    @dots{}]
4613   "@var{preparation-statements}")
4614 @end smallexample
4615
4616 The definition is almost identical to @code{define_split}
4617 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
4618 single instruction, but a sequence of instructions.
4619
4620 It is possible to request additional scratch registers for use in the
4621 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
4622 will simply not match.
4623
4624 @findex match_scratch
4625 @findex match_dup
4626 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
4627 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
4628 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
4629 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
4630 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
4631 at which the register must be available.
4632
4633 Here is an example from the IA-32 machine description:
4634
4635 @smallexample
4636 (define_peephole2
4637   [(match_scratch:SI 2 "r")
4638    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4639                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
4640                      [(match_dup 0)
4641                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
4642               (clobber (reg:CC 17))])]
4643   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
4644   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
4645    (parallel [(set (match_dup 0)
4646                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
4647               (clobber (reg:CC 17))])]
4648   "")
4649 @end smallexample
4650
4651 @noindent
4652 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
4653 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
4654 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
4655 to be live only at the point just before the arithmetic.
4656
4657 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
4658 so here's a silly made-up example:
4659
4660 @smallexample
4661 (define_peephole2
4662   [(match_scratch:SI 4 "r")
4663    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
4664    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
4665    (match_dup 4)
4666    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
4667   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
4668   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
4669    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
4670    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
4671    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
4672   "")
4673 @end smallexample
4674
4675 @noindent
4676 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
4677 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
4678 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
4679
4680 @node Insn Attributes
4681 @section Instruction Attributes
4682 @cindex insn attributes
4683 @cindex instruction attributes
4684
4685 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
4686 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
4687 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
4688 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
4689 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
4690 to track the condition codes.
4691
4692 @menu
4693 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
4694 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
4695 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
4696 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
4697 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
4698 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
4699 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
4700 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
4701 @end menu
4702
4703 @node Defining Attributes
4704 @subsection Defining Attributes and their Values
4705 @cindex defining attributes and their values
4706 @cindex attributes, defining
4707
4708 @findex define_attr
4709 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
4710 by the target machine.  It looks like:
4711
4712 @smallexample
4713 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
4714 @end smallexample
4715
4716 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
4717
4718 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
4719 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
4720 indicate that the attribute takes numeric values.
4721
4722 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
4723 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
4724 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
4725 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
4726 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
4727
4728 @findex insn-attr.h
4729 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
4730 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
4731 specified for an attribute, the following are defined:
4732
4733 @itemize @bullet
4734 @item
4735 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
4736
4737 @item
4738 An enumeral class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
4739 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
4740 the attribute name and value are first converted to upper case.
4741
4742 @item
4743 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
4744 returns the attribute value for that insn.
4745 @end itemize
4746
4747 For example, if the following is present in the @file{md} file:
4748
4749 @smallexample
4750 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
4751 @end smallexample
4752
4753 @noindent
4754 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
4755
4756 @smallexample
4757 #define HAVE_ATTR_type
4758 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
4759                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
4760 extern enum attr_type get_attr_type ();
4761 @end smallexample
4762
4763 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
4764 defined and the function to obtain the attribute's value will return
4765 @code{int}.
4766
4767 @node Expressions
4768 @subsection Attribute Expressions
4769 @cindex attribute expressions
4770
4771 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
4772 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
4773 Attribute value expressions must have one of the following forms:
4774
4775 @table @code
4776 @cindex @code{const_int} and attributes
4777 @item (const_int @var{i})
4778 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
4779 must be non-negative.
4780
4781 The value of a numeric attribute can be specified either with a
4782 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
4783 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
4784 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
4785 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
4786
4787 @cindex @code{const_string} and attributes
4788 @item (const_string @var{value})
4789 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
4790 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
4791 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
4792 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
4793 of a @code{define_attr}.
4794
4795 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
4796 must be a string containing a non-negative integer (normally
4797 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
4798 contain one of the valid values for the attribute.
4799
4800 @cindex @code{if_then_else} and attributes
4801 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
4802 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
4803 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
4804 otherwise it is @var{false-value}.
4805
4806 @cindex @code{cond} and attributes
4807 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
4808 The first operand of this expression is a vector containing an even
4809 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
4810 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
4811 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
4812 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
4813 expression is that of the @var{default} expression.
4814 @end table
4815
4816 @var{test} expressions can have one of the following forms:
4817
4818 @table @code
4819 @cindex @code{const_int} and attribute tests
4820 @item (const_int @var{i})
4821 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
4822
4823 @cindex @code{not} and attributes
4824 @cindex @code{ior} and attributes
4825 @cindex @code{and} and attributes
4826 @item (not @var{test})
4827 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
4828 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
4829 These tests are true if the indicated logical function is true.
4830
4831 @cindex @code{match_operand} and attributes
4832 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
4833 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
4834 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
4835 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
4836 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
4837 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
4838 string).
4839
4840 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
4841
4842 @cindex @code{le} and attributes
4843 @cindex @code{leu} and attributes
4844 @cindex @code{lt} and attributes
4845 @cindex @code{gt} and attributes
4846 @cindex @code{gtu} and attributes
4847 @cindex @code{ge} and attributes
4848 @cindex @code{geu} and attributes
4849 @cindex @code{ne} and attributes
4850 @cindex @code{eq} and attributes
4851 @cindex @code{plus} and attributes
4852 @cindex @code{minus} and attributes
4853 @cindex @code{mult} and attributes
4854 @cindex @code{div} and attributes
4855 @cindex @code{mod} and attributes
4856 @cindex @code{abs} and attributes
4857 @cindex @code{neg} and attributes
4858 @cindex @code{ashift} and attributes
4859 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
4860 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
4861 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
4862 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
4863 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
4864 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
4865 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
4866 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
4867 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
4868 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
4869 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
4870 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
4871 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
4872 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
4873 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
4874 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
4875 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
4876
4877 @findex get_attr
4878 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
4879 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
4880 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
4881 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
4882 variable.
4883
4884 @findex eq_attr
4885 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
4886 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
4887
4888 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
4889 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
4890 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
4891 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
4892 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
4893 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
4894 @emph{not} in the specified list.
4895
4896 For example,
4897
4898 @smallexample
4899 (eq_attr "type" "load,store")
4900 @end smallexample
4901
4902 @noindent
4903 is equivalent to
4904
4905 @smallexample
4906 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
4907 @end smallexample
4908
4909 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
4910 value of the compiler variable @code{which_alternative}
4911 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
4912 example,
4913
4914 @smallexample
4915 (eq_attr "alternative" "2,3")
4916 @end smallexample
4917
4918 @noindent
4919 is equivalent to
4920
4921 @smallexample
4922 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
4923      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
4924 @end smallexample
4925
4926 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
4927 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
4928 a particular pattern.  This is by far the most common case.
4929
4930 @findex attr_flag
4931 @item (attr_flag @var{name})
4932 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
4933 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
4934 scheduled.
4935
4936 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
4937 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
4938 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
4939 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
4940 if a conditional branch is expected to be taken.
4941
4942 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
4943 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
4944
4945 This example describes a conditional branch delay slot which
4946 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
4947 for backward branches which are not taken (annul-false).
4948
4949 @smallexample
4950 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
4951   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
4952    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
4953         (attr_flag "forward"))
4954    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
4955         (attr_flag "backward"))])
4956 @end smallexample
4957
4958 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
4959 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4960
4961 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
4962 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4963 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
4964 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4965
4966 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
4967 meaning to other passes of the compiler.
4968
4969 @findex attr
4970 @item (attr @var{name})
4971 The value of another attribute is returned.  This is most useful
4972 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
4973 produce more efficient code for non-numeric attributes.
4974 @end table
4975
4976 @node Tagging Insns
4977 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
4978 @cindex tagging insns
4979 @cindex assigning attribute values to insns
4980
4981 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
4982 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
4983 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
4984 have an optional last argument to specify the values of attributes for
4985 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
4986 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
4987 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
4988 permits the specification of the values for only one or two attributes
4989 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
4990 next section.
4991
4992 The optional last argument of @code{define_insn} and
4993 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
4994 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
4995 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
4996 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
4997 second operand of the @code{set} is an attribute expression
4998 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
4999
5000 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
5001 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
5002 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
5003 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
5004 each alternative.
5005
5006 @findex set_attr
5007 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
5008 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
5009 specifying a string giving either a single attribute value or a list
5010 of attribute values, one for each alternative.
5011
5012 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
5013 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
5014
5015 @table @code
5016 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
5017 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
5018 or a string containing a comma-separated list giving the values for
5019 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
5020 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
5021
5022 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
5023 which case the attribute will assume its default value for insns matching
5024 that alternative.
5025
5026 @findex set_attr_alternative
5027 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
5028 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
5029 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
5030 tests on the @samp{alternative} attribute.
5031
5032 @findex attr
5033 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
5034 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
5035 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
5036 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
5037 @end table
5038
5039 The following shows three different ways of representing the same
5040 attribute value specification:
5041
5042 @smallexample
5043 (set_attr "type" "load,store,arith")
5044
5045 (set_attr_alternative "type"
5046                       [(const_string "load") (const_string "store")
5047                        (const_string "arith")])
5048
5049 (set (attr "type")
5050      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
5051             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
5052            (const_string "arith")))
5053 @end smallexample
5054
5055 @need 1000
5056 @findex define_asm_attributes
5057 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
5058 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
5059 statement.  It has the form:
5060
5061 @smallexample
5062 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
5063 @end smallexample
5064
5065 @noindent
5066 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
5067 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
5068
5069 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
5070 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
5071
5072 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
5073 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
5074 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
5075 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
5076 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
5077 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
5078 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
5079 of a single machine instruction.
5080
5081 @node Attr Example
5082 @subsection Example of Attribute Specifications
5083 @cindex attribute specifications example
5084 @cindex attribute specifications
5085
5086 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
5087 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
5088 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
5089 value.  This attribute is normally used only to define the default value
5090 for other attributes.  An example will clarify this usage.
5091
5092 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
5093 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
5094 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
5095 operations, floating point operations, and branches.
5096
5097 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
5098 the condition code and will limit ourselves to the following possible
5099 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
5100 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
5101 changed if the item previously set into the condition code has been
5102 modified.
5103
5104 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
5105
5106 @smallexample
5107 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
5108
5109 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
5110              (cond [(eq_attr "type" "load")
5111                         (const_string "change0")
5112                     (eq_attr "type" "store,branch")
5113                         (const_string "unchanged")
5114                     (eq_attr "type" "arith")
5115                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
5116                                       (const_string "set")
5117                                       (const_string "clobber"))]
5118                    (const_string "clobber")))
5119
5120 (define_insn ""
5121   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
5122         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
5123   ""
5124   "@@
5125    move %0,%1
5126    load %0,%1
5127    store %0,%1"
5128   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
5129 @end smallexample
5130
5131 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
5132 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
5133 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
5134 full-word result.
5135
5136 @node Insn Lengths
5137 @subsection Computing the Length of an Insn
5138 @cindex insn lengths, computing
5139 @cindex computing the length of an insn
5140
5141 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
5142 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
5143 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
5144 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @samp{length}
5145 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
5146 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
5147
5148 In the case of the @samp{length} attribute, two additional forms of
5149 arithmetic terms are allowed in test expressions:
5150
5151 @table @code
5152 @cindex @code{match_dup} and attributes
5153 @item (match_dup @var{n})
5154 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
5155 must be a @code{label_ref}.
5156
5157 @cindex @code{pc} and attributes
5158 @item (pc)
5159 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
5160 been more consistent with other usage to make this the address of the
5161 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
5162 current insn is to be computed.
5163 @end table
5164
5165 @cindex @code{addr_vec}, length of
5166 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
5167 For normal insns, the length will be determined by value of the
5168 @samp{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
5169 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
5170 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
5171
5172 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
5173
5174 The following macros can be used to refine the length computation:
5175
5176 @table @code
5177 @findex FIRST_INSN_ADDRESS
5178 @item FIRST_INSN_ADDRESS
5179 When the @code{length} insn attribute is used, this macro specifies the
5180 value to be assigned to the address of the first insn in a function.  If
5181 not specified, 0 is used.
5182
5183 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
5184 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
5185 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
5186 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
5187 that contains the initially computed length of the insn and should be
5188 updated with the correct length of the insn.
5189
5190 This macro will normally not be required.  A case in which it is
5191 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
5192 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
5193 may be required.
5194 @end table
5195
5196 @findex get_attr_length
5197 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
5198 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
5199 determine the form of the branch instruction to be written, as the
5200 example below illustrates.
5201
5202 As an example of the specification of variable-length branches, consider
5203 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
5204 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
5205 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
5206 sequence to load the address from memory and then branch to it.
5207
5208 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
5209 as follows:
5210
5211 @smallexample
5212 (define_insn "jump"
5213   [(set (pc)
5214         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
5215   ""
5216 @{
5217    return (get_attr_length (insn) == 4
5218            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
5219 @}
5220   [(set (attr "length")
5221         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
5222                       (const_int 4)
5223                       (const_int 6)))])
5224 @end smallexample
5225
5226 @node Constant Attributes
5227 @subsection Constant Attributes
5228 @cindex constant attributes
5229
5230 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
5231 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
5232 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
5233 used to specify which variety of processor is used.  For example,
5234
5235 @smallexample
5236 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
5237  (const
5238   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
5239          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
5240         (const_string "m88000"))))
5241
5242 (define_attr "memory" "fast,slow"
5243  (const
5244   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
5245                 (const_string "fast")
5246                 (const_string "slow"))))
5247 @end smallexample
5248
5249 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
5250 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
5251 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
5252 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
5253 forms involving insn attributes.
5254
5255 @node Delay Slots
5256 @subsection Delay Slot Scheduling
5257 @cindex delay slots, defining
5258
5259 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
5260 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
5261 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
5262 after the instruction are executed as if they were located before it.
5263 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
5264 the following instruction before the branch or call is performed.
5265
5266 On some machines, conditional branch instructions can optionally
5267 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
5268 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
5269 instructions that annul if the branch is true and instructions that
5270 annul if the branch is false are supported.
5271
5272 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
5273 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
5274 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
5275 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
5276 instruction scheduling.
5277
5278 @findex define_delay
5279 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
5280 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
5281
5282 @smallexample
5283 (define_delay @var{test}
5284               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
5285                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
5286                @dots{}])
5287 @end smallexample
5288
5289 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
5290 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
5291 required delay slots is determined by the length of the vector specified
5292 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
5293 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
5294 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
5295 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
5296 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
5297 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
5298
5299 For example, in the common case where branch and call insns require
5300 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
5301 call, the following would be placed in the @file{md} file:
5302
5303 @smallexample
5304 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
5305               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5306 @end smallexample
5307
5308 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
5309 case, each such expression specifies different delay slot requirements
5310 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
5311 expressions are both true.
5312
5313 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
5314 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
5315 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
5316 branch is true, we might represent this as follows:
5317
5318 @smallexample
5319 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
5320    [(eq_attr "type" "!branch,call")
5321     (eq_attr "type" "!branch,call")
5322     (nil)])
5323
5324 (define_delay (eq_attr "type" "call")
5325               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
5326                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5327 @end smallexample
5328 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
5329
5330 @node Processor pipeline description
5331 @subsection Specifying processor pipeline description
5332 @cindex processor pipeline description
5333 @cindex processor functional units
5334 @cindex instruction latency time
5335 @cindex interlock delays
5336 @cindex data dependence delays
5337 @cindex reservation delays
5338 @cindex pipeline hazard recognizer
5339 @cindex automaton based pipeline description
5340 @cindex regular expressions
5341 @cindex deterministic finite state automaton
5342 @cindex automaton based scheduler
5343 @cindex RISC
5344 @cindex VLIW
5345
5346 To achieve better performance, most modern processors
5347 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
5348 processors) have many @dfn{functional units} on which several
5349 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
5350 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
5351 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
5352 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
5353 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g. for some
5354 MIPS processors).
5355
5356 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
5357 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
5358 latency time}.  The instruction execution is not started until all
5359 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
5360 complex cases when the instruction execution starts even when the data
5361 are not available but will be ready in given time after the
5362 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
5363 account is simple.  The data dependence (true, output, and
5364 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
5365 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
5366 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
5367 means that two instructions under execution will be in need of shared
5368 processors resources, i.e. buses, internal registers, and/or
5369 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
5370 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
5371 processors.
5372
5373 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
5374 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
5375 instruction scheduler has to have an adequate description of the
5376 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  Currently GCC 
5377 provides two alternative ways to describe processor parallelism,
5378 both described below.  The first method is outlined in the next section;
5379 it was once the only method provided by GCC, and thus is used in a number
5380 of exiting ports.  The second, and preferred method, specifies functional
5381 unit reservations for groups of instructions with the aid of @dfn{regular
5382 expressions}.  This is called the @dfn{automaton based description}.    
5383
5384 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
5385 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
5386 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
5387 automatically generated from the processor pipeline description.  The
5388 pipeline hazard recognizer generated from the automaton based
5389 description is more sophisticated and based on a deterministic finite
5390 state automaton (@acronym{DFA}) and therefore faster than one
5391 generated from the old description.  Furthermore, its speed is not dependent
5392 on processor complexity.  The instruction issue is possible if there is
5393 a transition from one automaton state to another one.
5394
5395 You can use any model to describe processor pipeline characteristics
5396 or even a mix of them.  You could use the old description for some
5397 processor submodels and the @acronym{DFA}-based one for the rest
5398 processor submodels.
5399
5400 In general, the usage of the automaton based description is more
5401 preferable.  Its model is more rich.  It permits to describe more
5402 accurately pipeline characteristics of processors which results in
5403 improving code quality (although sometimes only on several percent
5404 fractions).  It will be also used as an infrastructure to implement
5405 sophisticated and practical insn scheduling which will try many
5406 instruction sequences to choose the best one.
5407
5408
5409 @menu
5410 * Old pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
5411 * Automaton pipeline description:: Describing insn pipeline characteristics.
5412 * Comparison of the two descriptions:: Drawbacks of the old pipeline description
5413 @end menu
5414
5415 @node Old pipeline description
5416 @subsubsection Specifying Function Units
5417 @cindex old pipeline description
5418 @cindex function units, for scheduling
5419
5420 On most @acronym{RISC} machines, there are instructions whose results
5421 are not available for a specific number of cycles.  Common cases are
5422 instructions that load data from memory.  On many machines, a pipeline
5423 stall will result if the data is referenced too soon after the load
5424 instruction.
5425
5426 In addition, many newer microprocessors have multiple function units, usually
5427 one for integer and one for floating point, and often will incur pipeline
5428 stalls when a result that is needed is not yet ready.
5429
5430 The descriptions in this section allow the specification of how much
5431 time must elapse between the execution of an instruction and the time
5432 when its result is used.  It also allows specification of when the
5433 execution of an instruction will delay execution of similar instructions
5434 due to function unit conflicts.
5435
5436 For the purposes of the specifications in this section, a machine is
5437 divided into @dfn{function units}, each of which execute a specific
5438 class of instructions in first-in-first-out order.  Function units
5439 that accept one instruction each cycle and allow a result to be used
5440 in the succeeding instruction (usually via forwarding) need not be
5441 specified.  Classic @acronym{RISC} microprocessors will normally have
5442 a single function unit, which we can call @samp{memory}.  The newer
5443 ``superscalar'' processors will often have function units for floating
5444 point operations, usually at least a floating point adder and
5445 multiplier.
5446
5447 @findex define_function_unit
5448 Each usage of a function units by a class of insns is specified with a
5449 @code{define_function_unit} expression, which looks like this:
5450
5451 @smallexample
5452 (define_function_unit @var{name} @var{multiplicity} @var{simultaneity}
5453                       @var{test} @var{ready-delay} @var{issue-delay}
5454                      [@var{conflict-list}])
5455 @end smallexample
5456
5457 @var{name} is a string giving the name of the function unit.
5458
5459 @var{multiplicity} is an integer specifying the number of identical
5460 units in the processor.  If more than one unit is specified, they will
5461 be scheduled independently.  Only truly independent units should be
5462 counted; a pipelined unit should be specified as a single unit.  (The
5463 only common example of a machine that has multiple function units for a
5464 single instruction class that are truly independent and not pipelined
5465 are the two multiply and two increment units of the CDC 6600.)
5466
5467 @var{simultaneity} specifies the maximum number of insns that can be
5468 executing in each instance of the function unit simultaneously or zero
5469 if the unit is pipelined and has no limit.
5470
5471 All @code{define_function_unit} definitions referring to function unit
5472 @var{name} must have the same name and values for @var{multiplicity} and
5473 @var{simultaneity}.
5474
5475 @var{test} is an attribute test that selects the insns we are describing
5476 in this definition.  Note that an insn may use more than one function
5477 unit and a function unit may be specified in more than one
5478 @code{define_function_unit}.
5479
5480 @var{ready-delay} is an integer that specifies the number of cycles
5481 after which the result of the instruction can be used without
5482 introducing any stalls.
5483
5484 @var{issue-delay} is an integer that specifies the number of cycles
5485 after the instruction matching the @var{test} expression begins using
5486 this unit until a subsequent instruction can begin.  A cost of @var{N}
5487 indicates an @var{N-1} cycle delay.  A subsequent instruction may also
5488 be delayed if an earlier instruction has a longer @var{ready-delay}
5489 value.  This blocking effect is computed using the @var{simultaneity},
5490 @var{ready-delay}, @var{issue-delay}, and @var{conflict-list} terms.
5491 For a normal non-pipelined function unit, @var{simultaneity} is one, the
5492 unit is taken to block for the @var{ready-delay} cycles of the executing
5493 insn, and smaller values of @var{issue-delay} are ignored.
5494
5495 @var{conflict-list} is an optional list giving detailed conflict costs
5496 for this unit.  If specified, it is a list of condition test expressions
5497 to be applied to insns chosen to execute in @var{name} following the
5498 particular insn matching @var{test} that is already executing in
5499 @var{name}.  For each insn in the list, @var{issue-delay} specifies the
5500 conflict cost; for insns not in the list, the cost is zero.  If not
5501 specified, @var{conflict-list} defaults to all instructions that use the
5502 function unit.
5503
5504 Typical uses of this vector are where a floating point function unit can
5505 pipeline either single- or double-precision operations, but not both, or
5506 where a memory unit can pipeline loads, but not stores, etc.
5507
5508 As an example, consider a classic @acronym{RISC} machine where the
5509 result of a load instruction is not available for two cycles (a single
5510 ``delay'' instruction is required) and where only one load instruction
5511 can be executed simultaneously.  This would be specified as:
5512
5513 @smallexample
5514 (define_function_unit "memory" 1 1 (eq_attr "type" "load") 2 0)
5515 @end smallexample
5516
5517 For the case of a floating point function unit that can pipeline either
5518 single or double precision, but not both, the following could be specified:
5519
5520 @smallexample
5521 (define_function_unit
5522    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "sp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "dp_fp")])
5523 (define_function_unit
5524    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "dp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "sp_fp")])
5525 @end smallexample
5526
5527 @strong{Note:} The scheduler attempts to avoid function unit conflicts
5528 and uses all the specifications in the @code{define_function_unit}
5529 expression.  It has recently come to our attention that these
5530 specifications may not allow modeling of some of the newer
5531 ``superscalar'' processors that have insns using multiple pipelined
5532 units.  These insns will cause a potential conflict for the second unit
5533 used during their execution and there is no way of representing that
5534 conflict.  We welcome any examples of how function unit conflicts work
5535 in such processors and suggestions for their representation.
5536
5537 @node Automaton pipeline description
5538 @subsubsection Describing instruction pipeline characteristics
5539 @cindex automaton based pipeline description
5540
5541 This section describes constructions of the automaton based processor
5542 pipeline description.  The order of all mentioned below constructions
5543 in the machine description file is not important.
5544
5545 @findex define_automaton
5546 @cindex pipeline hazard recognizer
5547 The following optional construction describes names of automata
5548 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
5549 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
5550 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
5551 units to the automata, the summary size of the automata usually is
5552 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
5553 construction, only one finite state automaton is generated.
5554
5555 @smallexample
5556 (define_automaton @var{automata-names})
5557 @end smallexample
5558
5559 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
5560 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
5561 The automaton name is used in construction @code{define_cpu_unit} and
5562 @code{define_query_cpu_unit}.
5563
5564 @findex define_cpu_unit
5565 @cindex processor functional units
5566 Each processor functional unit used in description of instruction
5567 reservations should be described by the following construction.
5568
5569 @smallexample
5570 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5571 @end smallexample
5572
5573 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
5574 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
5575 for other goals.
5576
5577 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
5578 which the unit is bound.  The automaton should be described in
5579 construction @code{define_automaton}.  You should give
5580 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
5581
5582 @findex define_query_cpu_unit
5583 @cindex querying function unit reservations
5584 The following construction describes CPU functional units analogously
5585 to @code{define_cpu_unit}.  If we use automata without their
5586 minimization, the reservation of such units can be queried for an
5587 automaton state.  The instruction scheduler never queries reservation
5588 of functional units for given automaton state.  So as a rule, you
5589 don't need this construction.  This construction could be used for
5590 future code generation goals (e.g. to generate @acronym{VLIW} insn
5591 templates).
5592
5593 @smallexample
5594 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5595 @end smallexample
5596
5597 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
5598 separated by commas.
5599
5600 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
5601 which the unit is bound.
5602
5603 @findex define_insn_reservation
5604 @cindex instruction latency time
5605 @cindex regular expressions
5606 @cindex data bypass
5607 The following construction is the major one to describe pipeline
5608 characteristics of an instruction.
5609
5610 @smallexample
5611 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
5612                          @var{condition} @var{regexp})
5613 @end smallexample
5614
5615 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
5616 instruction.  There is an important difference between the old
5617 description and the automaton based pipeline description.  The latency
5618 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
5619 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
5620 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
5621 zero and the cost of output dependencies is the difference between
5622 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
5623 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
5624 change the default costs for any description by using the target hook
5625 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
5626
5627 @var{insn-names} is a string giving the internal name of the insn.  The
5628 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
5629 the automaton description file generated for debugging.  The internal
5630 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
5631 good practice to use insn classes described in the processor manual.
5632
5633 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
5634 construction.  You should remember that you will be in trouble if
5635 @var{condition} for two or more different
5636 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
5637 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
5638 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
5639 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
5640 the same value is quite difficult (especially if the conditions
5641 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
5642 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
5643 recognizer considerably.
5644
5645 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
5646 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
5647 expression according to the following syntax:
5648
5649 @smallexample
5650        regexp = regexp "," oneof
5651               | oneof
5652
5653        oneof = oneof "|" allof
5654              | allof
5655
5656        allof = allof "+" repeat
5657              | repeat
5658  
5659        repeat = element "*" number
5660               | element
5661
5662        element = cpu_function_unit_name
5663                | reservation_name
5664                | result_name
5665                | "nothing"
5666                | "(" regexp ")"
5667 @end smallexample
5668
5669 @itemize @bullet
5670 @item
5671 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
5672 the reservation.
5673
5674 @item
5675 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
5676 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
5677 regular expression @strong{or} etc.
5678
5679 @item
5680 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
5681 regular expression @strong{and} a reservation described by the
5682 second regular expression @strong{and} etc.
5683
5684 @item
5685 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
5686 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
5687 advancing (see @samp{,}).
5688
5689 @item
5690 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
5691 functional unit.
5692
5693 @item
5694 @samp{reservation_name} --- see description of construction
5695 @samp{define_reservation}.
5696
5697 @item
5698 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
5699 @end itemize
5700
5701 @findex define_reservation
5702 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
5703 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
5704 the common part by the following construction
5705
5706 @smallexample
5707 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
5708 @end smallexample
5709
5710 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
5711 Functional unit names and reservation names are in the same name
5712 space.  So the reservation names should be different from the
5713 functional unit names and can not be reserved name @samp{nothing}.
5714
5715 @findex define_bypass
5716 @cindex instruction latency time
5717 @cindex data bypass
5718 The following construction is used to describe exceptions in the
5719 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
5720
5721 @smallexample
5722 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
5723                [@var{guard}])
5724 @end smallexample
5725
5726 @var{number} defines when the result generated by the instructions
5727 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
5728 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
5729 the string are separated by commas.
5730
5731 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
5732 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
5733 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
5734 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
5735 recognize complicated bypasses, e.g. when the consumer is only an address
5736 of insn @samp{store} (not a stored value).
5737
5738 @findex exclusion_set
5739 @findex presence_set
5740 @findex absence_set
5741 @cindex VLIW
5742 @cindex RISC
5743 Usually the following three constructions are used to describe
5744 @acronym{VLIW} processors (more correctly to describe a placement of
5745 small insns into @acronym{VLIW} insn slots).  Although they can be
5746 used for @acronym{RISC} processors too.
5747
5748 @smallexample
5749 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
5750 (presence_set @var{unit-names} @var{unit-names})
5751 (absence_set @var{unit-names} @var{unit-names})
5752 @end smallexample
5753
5754 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
5755 separated by commas.
5756
5757 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
5758 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
5759 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
5760 example, the construction is useful for describing processors
5761 (e.g. some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
5762 functional unit which can execute simultaneously only single floating
5763 point insns or only double floating point insns.
5764
5765 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
5766 functional unit in the first string can not be reserved unless at
5767 least one of units whose names are in the second string is reserved.
5768 This is an asymmetric relation.  For example, it is useful for
5769 description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
5770 @samp{slot0} reservation.
5771
5772 The third construction (@samp{absence_set}) means that each functional
5773 unit in the first string can be reserved only if each unit whose name
5774 is in the second string is not reserved.  This is an asymmetric
5775 relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to this one but
5776 it is symmetric).  For example, it is useful for description that
5777 @acronym{VLIW} @samp{slot0} can not be reserved after @samp{slot1} or
5778 @samp{slot2} reservation.
5779
5780 All functional units mentioned in a set should belong to the same
5781 automaton.
5782
5783 @findex automata_option
5784 @cindex deterministic finite state automaton
5785 @cindex nondeterministic finite state automaton
5786 @cindex finite state automaton minimization
5787 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
5788 the following construction.
5789
5790 @smallexample
5791 (automata_option @var{options})
5792 @end smallexample
5793
5794 @var{options} is a string giving options which affect the generated
5795 code.  Currently there are the following options:
5796
5797 @itemize @bullet
5798 @item
5799 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
5800 only worth to do when we are going to query CPU functional unit
5801 reservations in an automaton state.
5802
5803 @item
5804 @dfn{time} means printing additional time statistics about
5805 generation of automata.
5806
5807 @item
5808 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
5809 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
5810 verification and debugging.
5811
5812 @item
5813 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
5814 non-critical errors.
5815
5816 @item
5817 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
5818 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
5819 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
5820 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
5821 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
5822 may be rejected by reservations in the subsequent insns.  You can not
5823 query functional unit reservations in nondeterministic automaton
5824 states.
5825 @end itemize
5826
5827 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
5828 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
5829 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
5830 the following functional units.
5831
5832 @smallexample
5833 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
5834 (define_cpu_unit "port0, port1")
5835 @end smallexample
5836
5837 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
5838 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
5839 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
5840 are issued into the second pipeline.  Integer division and
5841 multiplication insns can be executed only in the second integer
5842 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
5843 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e. the subsequent
5844 integer division insn can not be issued until the current division
5845 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
5846 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
5847 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
5848 incurred.  To describe all of this we could specify
5849
5850 @smallexample
5851 (define_cpu_unit "div")
5852
5853 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "cpu" "int")
5854                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
5855
5856 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "cpu" "mult")
5857                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
5858
5859 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "cpu" "div")
5860                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
5861
5862 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "cpu" "float")
5863                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
5864
5865 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
5866 @end smallexample
5867
5868 To simplify the description we could describe the following reservation
5869
5870 @smallexample
5871 (define_reservation "finish" "port0|port1")
5872 @end smallexample
5873
5874 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
5875 construction
5876
5877 @smallexample
5878 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "cpu" "int")
5879                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
5880 @end smallexample
5881
5882
5883 @node Comparison of the two descriptions
5884 @subsubsection Drawbacks of the old pipeline description
5885 @cindex old pipeline description
5886 @cindex automaton based pipeline description
5887 @cindex processor functional units
5888 @cindex interlock delays
5889 @cindex instruction latency time
5890 @cindex pipeline hazard recognizer
5891 @cindex data bypass
5892
5893 The old instruction level parallelism description and the pipeline
5894 hazards recognizer based on it have the following drawbacks in
5895 comparison with the @acronym{DFA}-based ones:
5896   
5897 @itemize @bullet
5898 @item
5899 Each functional unit is believed to be reserved at the instruction
5900 execution start.  This is a very inaccurate model for modern
5901 processors.
5902
5903 @item
5904 An inadequate description of instruction latency times.  The latency
5905 time is bound with a functional unit reserved by an instruction not
5906 with the instruction itself.  In other words, the description is
5907 oriented to describe at most one unit reservation by each instruction.
5908 It also does not permit to describe special bypasses between
5909 instruction pairs.
5910
5911 @item
5912 The implementation of the pipeline hazard recognizer interface has
5913 constraints on number of functional units.  This is a number of bits
5914 in integer on the host machine.
5915
5916 @item
5917 The interface to the pipeline hazard recognizer is more complex than
5918 one to the automaton based pipeline recognizer.
5919
5920 @item
5921 An unnatural description when you write a unit and a condition which
5922 selects instructions using the unit.  Writing all unit reservations
5923 for an instruction (an instruction class) is more natural.
5924
5925 @item
5926 The recognition of the interlock delays has a slow implementation.  The GCC
5927 scheduler supports structures which describe the unit reservations.
5928 The more functional units a processor has, the slower its pipeline hazard
5929 recognizer will be.  Such an implementation would become even slower when we
5930 allowed to
5931 reserve functional units not only at the instruction execution start.
5932 In an automaton based pipeline hazard recognizer, speed is not dependent
5933 on processor complexity.
5934 @end itemize
5935
5936 @node Conditional Execution
5937 @section Conditional Execution
5938 @cindex conditional execution
5939 @cindex predication
5940
5941 A number of architectures provide for some form of conditional
5942 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
5943 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
5944 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
5945 can be quite tedious to describe these forms directly in the
5946 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
5947
5948 @findex define_cond_exec
5949 @smallexample
5950 (define_cond_exec
5951   [@var{predicate-pattern}]
5952   "@var{condition}"
5953   "@var{output-template}")
5954 @end smallexample
5955
5956 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
5957 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
5958 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
5959 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
5960 alternative.
5961
5962 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
5963 pattern to match.
5964
5965 @findex current_insn_predicate
5966 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
5967 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
5968 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
5969 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
5970 In order to handle the general case, there is a global variable
5971 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
5972 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
5973
5974 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
5975 the @code{predicable} instruction attribute is made.
5976 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
5977 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
5978 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
5979 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
5980 alternative or anything else.
5981
5982 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
5983 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
5984 generated that matches a predicated version of the instruction.
5985 For example,
5986
5987 @smallexample
5988 (define_insn "addsi"
5989   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
5990         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
5991                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
5992   "@var{test1}"
5993   "add %2,%1,%0")
5994
5995 (define_cond_exec
5996   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
5997        (const_int 0))]
5998   "@var{test2}"
5999   "(%0)")
6000 @end smallexample
6001
6002 @noindent
6003 generates a new pattern
6004
6005 @smallexample
6006 (define_insn ""
6007   [(cond_exec
6008      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
6009      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6010           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6011                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
6012   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
6013   "(%3) add %2,%1,%0")
6014 @end smallexample
6015
6016 @node Constant Definitions
6017 @section Constant Definitions
6018 @cindex constant definitions
6019 @findex define_constants
6020
6021 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
6022 can be a maintenance problem.
6023
6024 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
6025 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
6026 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
6027 if the corresponding value had been written instead.  You may use
6028 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
6029 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
6030 a different value.
6031
6032 To come back to the a29k load multiple example, instead of
6033
6034 @smallexample
6035 (define_insn ""
6036   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6037      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6038            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6039       (use (reg:SI 179))
6040       (clobber (reg:SI 179))])]
6041   ""
6042   "loadm 0,0,%1,%2")
6043 @end smallexample
6044
6045 You could write:
6046
6047 @smallexample
6048 (define_constants [
6049     (R_BP 177)
6050     (R_FC 178)
6051     (R_CR 179)
6052     (R_Q  180)
6053 ])
6054
6055 (define_insn ""
6056   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6057      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6058            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6059       (use (reg:SI R_CR))
6060       (clobber (reg:SI R_CR))])]
6061   ""
6062   "loadm 0,0,%1,%2")
6063 @end smallexample
6064
6065 The constants that are defined with a define_constant are also output
6066 in the insn-codes.h header file as #defines.
6067 @end ifset