OSDN Git Service

Regenerate.
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / doc / md.texi
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1996, 1998, 1999, 2000, 2001,
2 @c 2002, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010
3 @c Free Software Foundation, Inc.
4 @c This is part of the GCC manual.
5 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
6
7 @ifset INTERNALS
8 @node Machine Desc
9 @chapter Machine Descriptions
10 @cindex machine descriptions
11
12 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
13 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
14
15 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
16 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
17 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
18 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
19 is inside a quoted string.
20
21 See the next chapter for information on the C header file.
22
23 @menu
24 * Overview::            How the machine description is used.
25 * Patterns::            How to write instruction patterns.
26 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
27 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
28 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
29                         from such an insn.
30 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
31                         the assembler code.
32 * Predicates::          Controlling what kinds of operands can be used
33                         for an insn.
34 * Constraints::         Fine-tuning operand selection.
35 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
36 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
37 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
38 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
39 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
40 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
41 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
42                         for a standard operation.
43 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
44 * Including Patterns::  Including Patterns in Machine Descriptions.
45 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
46 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
47 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
48                          predication.
49 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
50                         md file.
51 * Iterators::           Using iterators to generate patterns from a template.
52 @end menu
53
54 @node Overview
55 @section Overview of How the Machine Description is Used
56
57 There are three main conversions that happen in the compiler:
58
59 @enumerate
60
61 @item
62 The front end reads the source code and builds a parse tree.
63
64 @item
65 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
66 instruction patterns.
67
68 @item
69 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
70 code.
71
72 @end enumerate
73
74 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
75 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
76 choose the pattern with the right name and apply the operands according
77 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
78 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
79 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
80 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
81 named pattern it needs, it will abort.
82
83 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
84 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
85 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
86 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
87 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
88 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
89 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
90 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
91
92 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
93 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
94 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
95 example.
96
97 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
98 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
99 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
100 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
101
102 @node Patterns
103 @section Everything about Instruction Patterns
104 @cindex patterns
105 @cindex instruction patterns
106
107 @findex define_insn
108 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
109 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
110 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
111 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
112
113 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
114
115 @enumerate
116 @item
117 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
118 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
119 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
120 the instruction patterns with those names, if the names are defined
121 in the machine description.
122
123 The absence of a name is indicated by writing an empty string
124 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
125 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
126 to be combined later on.
127
128 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
129 effect; they are equivalent to no name at all.
130
131 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
132 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
133 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
134 to having a nameless pattern for all other purposes.
135
136 @item
137 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
138 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
139 incomplete because it may contain @code{match_operand},
140 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
141 operands of the instruction.
142
143 If the vector has only one element, that element is the template for the
144 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
145 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
146 elements described.
147
148 @item
149 @cindex pattern conditions
150 @cindex conditions, in patterns
151 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
152 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
153
154 @cindex named patterns and conditions
155 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
156 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
157 flags.  The compiler needs to test these conditions during
158 initialization in order to learn exactly which named instructions are
159 available in a particular run.
160
161 @findex operands
162 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
163 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
164 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
165 @code{operands}.  For an insn where the condition has once matched, it
166 can't be used to control register allocation, for example by excluding
167 certain hard registers or hard register combinations.
168
169 @item
170 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
171 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
172 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
173
174 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
175 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
176
177 @item
178 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
179 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
180 @end enumerate
181
182 @node Example
183 @section Example of @code{define_insn}
184 @cindex @code{define_insn} example
185
186 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
187
188 @smallexample
189 (define_insn "tstsi"
190   [(set (cc0)
191         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
192   ""
193   "*
194 @{
195   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
196     return \"tstl %0\";
197   return \"cmpl #0,%0\";
198 @}")
199 @end smallexample
200
201 @noindent
202 This can also be written using braced strings:
203
204 @smallexample
205 (define_insn "tstsi"
206   [(set (cc0)
207         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
208   ""
209 @{
210   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
211     return "tstl %0";
212   return "cmpl #0,%0";
213 @})
214 @end smallexample
215
216 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
217 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
218 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
219 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
220 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
221 can be constructed using this pattern.
222
223 The output control string is a piece of C code which chooses which
224 output template to return based on the kind of operand and the specific
225 type of CPU for which code is being generated.
226
227 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
228
229 @node RTL Template
230 @section RTL Template
231 @cindex RTL insn template
232 @cindex generating insns
233 @cindex insns, generating
234 @cindex recognizing insns
235 @cindex insns, recognizing
236
237 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
238 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
239 says how to construct an insn from specified operands.
240
241 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
242 template.  Matching involves determining the values that serve as the
243 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
244 controlled by special expression types that direct matching and
245 substitution of the operands.
246
247 @table @code
248 @findex match_operand
249 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
250 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
251 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
252 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
253 appears at this position in the insn will be taken as operand
254 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
255 pattern will not match at all.
256
257 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
258 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
259 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
260 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
261 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
262 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
263 other operand numbers.
264
265 @var{predicate} is a string that is the name of a function that
266 accepts two arguments, an expression and a machine mode.
267 @xref{Predicates}.  During matching, the function will be called with
268 the putative operand as the expression and @var{m} as the mode
269 argument (if @var{m} is not specified, @code{VOIDmode} will be used,
270 which normally causes @var{predicate} to accept any mode).  If it
271 returns zero, this instruction pattern fails to match.
272 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be
273 done on the operand, so anything which occurs in this position is
274 valid.
275
276 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
277 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
278 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
279 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
280 @code{VOIDmode}.
281
282 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
283 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
284 If the constraint would be an empty string, it can be omitted.
285
286 People are often unclear on the difference between the constraint and the
287 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
288 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
289 controls various decisions in the case of an insn which does match.
290
291 @findex match_scratch
292 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
293 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
294 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
295 expression.
296
297 When matching patterns, this is equivalent to
298
299 @smallexample
300 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
301 @end smallexample
302
303 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
304 expression.
305
306 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
307 expressions whose operands are either a hard register or
308 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
309 necessary.  @xref{Side Effects}.
310
311 @findex match_dup
312 @item (match_dup @var{n})
313 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
314 It is used when the operand needs to appear more than once in the
315 insn.
316
317 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
318 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
319 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
320 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
321 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
322 identical-looking expression.
323
324 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
325 a particular register is being used for two operands (example:
326 @code{add} that adds one register to another; the second register is
327 both an input operand and the output operand).  Use a matching
328 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
329 operand is used in two places in the template, such as an instruction
330 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
331 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
332 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
333
334 @findex match_operator
335 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
336 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
337 code.
338
339 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
340 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
341 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
342
343 When matching an expression, it matches an expression if the function
344 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
345 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
346
347 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
348 follows, to match any expression whose operator is one of the
349 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
350
351 @smallexample
352 int
353 commutative_integer_operator (x, mode)
354      rtx x;
355      enum machine_mode mode;
356 @{
357   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
358   if (GET_MODE (x) != mode)
359     return 0;
360   return (GET_RTX_CLASS (code) == RTX_COMM_ARITH
361           || code == EQ || code == NE);
362 @}
363 @end smallexample
364
365 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
366 of a commutative operator applied to two general operands:
367
368 @smallexample
369 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
370   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
371    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
372 @end smallexample
373
374 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
375 because the expressions to be matched all contain two operands.
376
377 When this pattern does match, the two operands of the commutative
378 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
379 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
380 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
381 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
382
383 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
384 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
385 predicate function, and that function is solely responsible for
386 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
387
388 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
389 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
390 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
391 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
392 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
393 only its expression code matters.
394
395 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
396 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
397 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
398 register allocation because the register allocator often looks at
399 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
400
401 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
402 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
403 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
404 However, if parts of its @var{operands} are matched by
405 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
406 their own.
407
408 @findex match_op_dup
409 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
410 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
411 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
412 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
413 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
414 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
415 recognition template, and it matches only an identical-looking
416 expression.
417
418 @findex match_parallel
419 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
420 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
421 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
422 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
423
424 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
425 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
426 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
427 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
428 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
429 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
430 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
431 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
432 those listed in the @code{match_parallel}.
433
434 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
435 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
436 in a @code{parallel}.  For example,
437
438 @smallexample
439 (define_insn ""
440   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
441      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
442            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
443       (use (reg:SI 179))
444       (clobber (reg:SI 179))])]
445   ""
446   "loadm 0,0,%1,%2")
447 @end smallexample
448
449 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
450 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
451 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
452 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
453 registers and memory locations.
454
455 An insn that matches this pattern might look like:
456
457 @smallexample
458 (parallel
459  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
460   (use (reg:SI 179))
461   (clobber (reg:SI 179))
462   (set (reg:SI 21)
463        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
464                         (const_int 4))))
465   (set (reg:SI 22)
466        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
467                         (const_int 8))))])
468 @end smallexample
469
470 @findex match_par_dup
471 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
472 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
473 @code{match_operator}.
474
475 @end table
476
477 @node Output Template
478 @section Output Templates and Operand Substitution
479 @cindex output templates
480 @cindex operand substitution
481
482 @cindex @samp{%} in template
483 @cindex percent sign
484 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
485 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
486 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
487 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
488 identify places where different variants of the assembler require
489 different syntax.
490
491 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
492 operand @var{n} at that point in the string.
493
494 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
495 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
496 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
497 additional letters with nonstandard meanings.
498
499 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
500 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
501 operand.
502
503 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
504 the constant is negated before printing.
505
506 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
507 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
508 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
509 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
510 as if it were a memory reference.
511
512 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
513 instruction.
514
515 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
516 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
517 referred to more than once in a single template that generates multiple
518 assembler instructions.
519
520 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
521 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
522 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
523 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
524 which punctuation characters are valid with the
525 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
526
527 @cindex \
528 @cindex backslash
529 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
530 for the instructions, with @samp{\;} between them.
531
532 @cindex matching operands
533 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
534 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
535 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
536 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
537 operand.
538
539 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
540 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
541 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
542 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
543 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
544 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
545 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
546 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
547 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
548 it to do nothing.
549
550 @cindex @code{#} in template
551 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
552 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
553 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
554 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
555 multiple assembler instructions, and there is a matching @code{define_split}
556 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
557 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
558 instructions.
559
560 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
561 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
562 describe multiple variants of assembler language syntax.
563 @xref{Instruction Output}.
564
565 @node Output Statement
566 @section C Statements for Assembler Output
567 @cindex output statements
568 @cindex C statements for assembler output
569 @cindex generating assembler output
570
571 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
572 assembler code for all the cases that are recognized by a single
573 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
574 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
575 machine instructions.
576
577 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
578 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
579 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
580 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
581 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
582 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
583 might write this pattern:
584
585 @smallexample
586 (define_insn "addsi3"
587   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
588         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
589                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
590   ""
591   "@@
592    addr %2,%0
593    addm %2,%0")
594 @end smallexample
595
596 @cindex @code{*} in template
597 @cindex asterisk in template
598 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
599 output template but rather a piece of C program that should compute a
600 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
601 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
602 require doublequote characters to delimit them.  To include these
603 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
604
605 If the output control string is written as a brace block instead of a
606 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
607 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
608 doublequotes surrounding C string literals.
609
610 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
611 is @code{rtx []}.
612
613 It is very common to select different ways of generating assembler code
614 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
615 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
616 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
617 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
618 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
619 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
620 values of those bits.
621
622 @findex output_asm_insn
623 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
624 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
625 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
626 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
627 that you declare locally and initialize yourself.
628
629 @findex which_alternative
630 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
631 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
632 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
633 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
634 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
635 etc.).
636
637 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
638 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
639 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
640
641 @smallexample
642 (define_insn ""
643   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
644         (const_int 0))]
645   ""
646   @{
647   return (which_alternative == 0
648           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
649   @})
650 @end smallexample
651
652 The example above, where the assembler code to generate was
653 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
654 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
655
656 @smallexample
657 @group
658 (define_insn ""
659   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
660         (const_int 0))]
661   ""
662   "@@
663    clrreg %0
664    clrmem %0")
665 @end group
666 @end smallexample
667
668 @node Predicates
669 @section Predicates
670 @cindex predicates
671 @cindex operand predicates
672 @cindex operator predicates
673
674 A predicate determines whether a @code{match_operand} or
675 @code{match_operator} expression matches, and therefore whether the
676 surrounding instruction pattern will be used for that combination of
677 operands.  GCC has a number of machine-independent predicates, and you
678 can define machine-specific predicates as needed.  By convention,
679 predicates used with @code{match_operand} have names that end in
680 @samp{_operand}, and those used with @code{match_operator} have names
681 that end in @samp{_operator}.
682
683 All predicates are Boolean functions (in the mathematical sense) of
684 two arguments: the RTL expression that is being considered at that
685 position in the instruction pattern, and the machine mode that the
686 @code{match_operand} or @code{match_operator} specifies.  In this
687 section, the first argument is called @var{op} and the second argument
688 @var{mode}.  Predicates can be called from C as ordinary two-argument
689 functions; this can be useful in output templates or other
690 machine-specific code.
691
692 Operand predicates can allow operands that are not actually acceptable
693 to the hardware, as long as the constraints give reload the ability to
694 fix them up (@pxref{Constraints}).  However, GCC will usually generate
695 better code if the predicates specify the requirements of the machine
696 instructions as closely as possible.  Reload cannot fix up operands
697 that must be constants (``immediate operands''); you must use a
698 predicate that allows only constants, or else enforce the requirement
699 in the extra condition.
700
701 @cindex predicates and machine modes
702 @cindex normal predicates
703 @cindex special predicates
704 Most predicates handle their @var{mode} argument in a uniform manner.
705 If @var{mode} is @code{VOIDmode} (unspecified), then @var{op} can have
706 any mode.  If @var{mode} is anything else, then @var{op} must have the
707 same mode, unless @var{op} is a @code{CONST_INT} or integer
708 @code{CONST_DOUBLE}.  These RTL expressions always have
709 @code{VOIDmode}, so it would be counterproductive to check that their
710 mode matches.  Instead, predicates that accept @code{CONST_INT} and/or
711 integer @code{CONST_DOUBLE} check that the value stored in the
712 constant will fit in the requested mode.
713
714 Predicates with this behavior are called @dfn{normal}.
715 @command{genrecog} can optimize the instruction recognizer based on
716 knowledge of how normal predicates treat modes.  It can also diagnose
717 certain kinds of common errors in the use of normal predicates; for
718 instance, it is almost always an error to use a normal predicate
719 without specifying a mode.
720
721 Predicates that do something different with their @var{mode} argument
722 are called @dfn{special}.  The generic predicates
723 @code{address_operand} and @code{pmode_register_operand} are special
724 predicates.  @command{genrecog} does not do any optimizations or
725 diagnosis when special predicates are used.
726
727 @menu
728 * Machine-Independent Predicates::  Predicates available to all back ends.
729 * Defining Predicates::             How to write machine-specific predicate
730                                     functions.
731 @end menu
732
733 @node Machine-Independent Predicates
734 @subsection Machine-Independent Predicates
735 @cindex machine-independent predicates
736 @cindex generic predicates
737
738 These are the generic predicates available to all back ends.  They are
739 defined in @file{recog.c}.  The first category of predicates allow
740 only constant, or @dfn{immediate}, operands.
741
742 @defun immediate_operand
743 This predicate allows any sort of constant that fits in @var{mode}.
744 It is an appropriate choice for instructions that take operands that
745 must be constant.
746 @end defun
747
748 @defun const_int_operand
749 This predicate allows any @code{CONST_INT} expression that fits in
750 @var{mode}.  It is an appropriate choice for an immediate operand that
751 does not allow a symbol or label.
752 @end defun
753
754 @defun const_double_operand
755 This predicate accepts any @code{CONST_DOUBLE} expression that has
756 exactly @var{mode}.  If @var{mode} is @code{VOIDmode}, it will also
757 accept @code{CONST_INT}.  It is intended for immediate floating point
758 constants.
759 @end defun
760
761 @noindent
762 The second category of predicates allow only some kind of machine
763 register.
764
765 @defun register_operand
766 This predicate allows any @code{REG} or @code{SUBREG} expression that
767 is valid for @var{mode}.  It is often suitable for arithmetic
768 instruction operands on a RISC machine.
769 @end defun
770
771 @defun pmode_register_operand
772 This is a slight variant on @code{register_operand} which works around
773 a limitation in the machine-description reader.
774
775 @smallexample
776 (match_operand @var{n} "pmode_register_operand" @var{constraint})
777 @end smallexample
778
779 @noindent
780 means exactly what
781
782 @smallexample
783 (match_operand:P @var{n} "register_operand" @var{constraint})
784 @end smallexample
785
786 @noindent
787 would mean, if the machine-description reader accepted @samp{:P}
788 mode suffixes.  Unfortunately, it cannot, because @code{Pmode} is an
789 alias for some other mode, and might vary with machine-specific
790 options.  @xref{Misc}.
791 @end defun
792
793 @defun scratch_operand
794 This predicate allows hard registers and @code{SCRATCH} expressions,
795 but not pseudo-registers.  It is used internally by @code{match_scratch};
796 it should not be used directly.
797 @end defun
798
799 @noindent
800 The third category of predicates allow only some kind of memory reference.
801
802 @defun memory_operand
803 This predicate allows any valid reference to a quantity of mode
804 @var{mode} in memory, as determined by the weak form of
805 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS} (@pxref{Addressing Modes}).
806 @end defun
807
808 @defun address_operand
809 This predicate is a little unusual; it allows any operand that is a
810 valid expression for the @emph{address} of a quantity of mode
811 @var{mode}, again determined by the weak form of
812 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS}.  To first order, if
813 @samp{@w{(mem:@var{mode} (@var{exp}))}} is acceptable to
814 @code{memory_operand}, then @var{exp} is acceptable to
815 @code{address_operand}.  Note that @var{exp} does not necessarily have
816 the mode @var{mode}.
817 @end defun
818
819 @defun indirect_operand
820 This is a stricter form of @code{memory_operand} which allows only
821 memory references with a @code{general_operand} as the address
822 expression.  New uses of this predicate are discouraged, because
823 @code{general_operand} is very permissive, so it's hard to tell what
824 an @code{indirect_operand} does or does not allow.  If a target has
825 different requirements for memory operands for different instructions,
826 it is better to define target-specific predicates which enforce the
827 hardware's requirements explicitly.
828 @end defun
829
830 @defun push_operand
831 This predicate allows a memory reference suitable for pushing a value
832 onto the stack.  This will be a @code{MEM} which refers to
833 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address expression
834 (@pxref{Incdec}); which one is determined by the
835 @code{STACK_PUSH_CODE} macro (@pxref{Frame Layout}).
836 @end defun
837
838 @defun pop_operand
839 This predicate allows a memory reference suitable for popping a value
840 off the stack.  Again, this will be a @code{MEM} referring to
841 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address
842 expression.  However, this time @code{STACK_POP_CODE} is expected.
843 @end defun
844
845 @noindent
846 The fourth category of predicates allow some combination of the above
847 operands.
848
849 @defun nonmemory_operand
850 This predicate allows any immediate or register operand valid for @var{mode}.
851 @end defun
852
853 @defun nonimmediate_operand
854 This predicate allows any register or memory operand valid for @var{mode}.
855 @end defun
856
857 @defun general_operand
858 This predicate allows any immediate, register, or memory operand
859 valid for @var{mode}.
860 @end defun
861
862 @noindent
863 Finally, there are two generic operator predicates.
864
865 @defun comparison_operator
866 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
867 comparison in @var{mode}; that is, @code{COMPARISON_P} is true for the
868 expression code.
869 @end defun
870
871 @defun ordered_comparison_operator
872 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
873 comparison in @var{mode} and whose expression code is valid for integer
874 modes; that is, the expression code will be one of @code{eq}, @code{ne},
875 @code{lt}, @code{ltu}, @code{le}, @code{leu}, @code{gt}, @code{gtu},
876 @code{ge}, @code{geu}.
877 @end defun
878
879 @node Defining Predicates
880 @subsection Defining Machine-Specific Predicates
881 @cindex defining predicates
882 @findex define_predicate
883 @findex define_special_predicate
884
885 Many machines have requirements for their operands that cannot be
886 expressed precisely using the generic predicates.  You can define
887 additional predicates using @code{define_predicate} and
888 @code{define_special_predicate} expressions.  These expressions have
889 three operands:
890
891 @itemize @bullet
892 @item
893 The name of the predicate, as it will be referred to in
894 @code{match_operand} or @code{match_operator} expressions.
895
896 @item
897 An RTL expression which evaluates to true if the predicate allows the
898 operand @var{op}, false if it does not.  This expression can only use
899 the following RTL codes:
900
901 @table @code
902 @item MATCH_OPERAND
903 When written inside a predicate expression, a @code{MATCH_OPERAND}
904 expression evaluates to true if the predicate it names would allow
905 @var{op}.  The operand number and constraint are ignored.  Due to
906 limitations in @command{genrecog}, you can only refer to generic
907 predicates and predicates that have already been defined.
908
909 @item MATCH_CODE
910 This expression evaluates to true if @var{op} or a specified
911 subexpression of @var{op} has one of a given list of RTX codes.
912
913 The first operand of this expression is a string constant containing a
914 comma-separated list of RTX code names (in lower case).  These are the
915 codes for which the @code{MATCH_CODE} will be true.
916
917 The second operand is a string constant which indicates what
918 subexpression of @var{op} to examine.  If it is absent or the empty
919 string, @var{op} itself is examined.  Otherwise, the string constant
920 must be a sequence of digits and/or lowercase letters.  Each character
921 indicates a subexpression to extract from the current expression; for
922 the first character this is @var{op}, for the second and subsequent
923 characters it is the result of the previous character.  A digit
924 @var{n} extracts @samp{@w{XEXP (@var{e}, @var{n})}}; a letter @var{l}
925 extracts @samp{@w{XVECEXP (@var{e}, 0, @var{n})}} where @var{n} is the
926 alphabetic ordinal of @var{l} (0 for `a', 1 for 'b', and so on).  The
927 @code{MATCH_CODE} then examines the RTX code of the subexpression
928 extracted by the complete string.  It is not possible to extract
929 components of an @code{rtvec} that is not at position 0 within its RTX
930 object.
931
932 @item MATCH_TEST
933 This expression has one operand, a string constant containing a C
934 expression.  The predicate's arguments, @var{op} and @var{mode}, are
935 available with those names in the C expression.  The @code{MATCH_TEST}
936 evaluates to true if the C expression evaluates to a nonzero value.
937 @code{MATCH_TEST} expressions must not have side effects.
938
939 @item  AND
940 @itemx IOR
941 @itemx NOT
942 @itemx IF_THEN_ELSE
943 The basic @samp{MATCH_} expressions can be combined using these
944 logical operators, which have the semantics of the C operators
945 @samp{&&}, @samp{||}, @samp{!}, and @samp{@w{? :}} respectively.  As
946 in Common Lisp, you may give an @code{AND} or @code{IOR} expression an
947 arbitrary number of arguments; this has exactly the same effect as
948 writing a chain of two-argument @code{AND} or @code{IOR} expressions.
949 @end table
950
951 @item
952 An optional block of C code, which should execute
953 @samp{@w{return true}} if the predicate is found to match and
954 @samp{@w{return false}} if it does not.  It must not have any side
955 effects.  The predicate arguments, @var{op} and @var{mode}, are
956 available with those names.
957
958 If a code block is present in a predicate definition, then the RTL
959 expression must evaluate to true @emph{and} the code block must
960 execute @samp{@w{return true}} for the predicate to allow the operand.
961 The RTL expression is evaluated first; do not re-check anything in the
962 code block that was checked in the RTL expression.
963 @end itemize
964
965 The program @command{genrecog} scans @code{define_predicate} and
966 @code{define_special_predicate} expressions to determine which RTX
967 codes are possibly allowed.  You should always make this explicit in
968 the RTL predicate expression, using @code{MATCH_OPERAND} and
969 @code{MATCH_CODE}.
970
971 Here is an example of a simple predicate definition, from the IA64
972 machine description:
973
974 @smallexample
975 @group
976 ;; @r{True if @var{op} is a @code{SYMBOL_REF} which refers to the sdata section.}
977 (define_predicate "small_addr_symbolic_operand"
978   (and (match_code "symbol_ref")
979        (match_test "SYMBOL_REF_SMALL_ADDR_P (op)")))
980 @end group
981 @end smallexample
982
983 @noindent
984 And here is another, showing the use of the C block.
985
986 @smallexample
987 @group
988 ;; @r{True if @var{op} is a register operand that is (or could be) a GR reg.}
989 (define_predicate "gr_register_operand"
990   (match_operand 0 "register_operand")
991 @{
992   unsigned int regno;
993   if (GET_CODE (op) == SUBREG)
994     op = SUBREG_REG (op);
995
996   regno = REGNO (op);
997   return (regno >= FIRST_PSEUDO_REGISTER || GENERAL_REGNO_P (regno));
998 @})
999 @end group
1000 @end smallexample
1001
1002 Predicates written with @code{define_predicate} automatically include
1003 a test that @var{mode} is @code{VOIDmode}, or @var{op} has the same
1004 mode as @var{mode}, or @var{op} is a @code{CONST_INT} or
1005 @code{CONST_DOUBLE}.  They do @emph{not} check specifically for
1006 integer @code{CONST_DOUBLE}, nor do they test that the value of either
1007 kind of constant fits in the requested mode.  This is because
1008 target-specific predicates that take constants usually have to do more
1009 stringent value checks anyway.  If you need the exact same treatment
1010 of @code{CONST_INT} or @code{CONST_DOUBLE} that the generic predicates
1011 provide, use a @code{MATCH_OPERAND} subexpression to call
1012 @code{const_int_operand}, @code{const_double_operand}, or
1013 @code{immediate_operand}.
1014
1015 Predicates written with @code{define_special_predicate} do not get any
1016 automatic mode checks, and are treated as having special mode handling
1017 by @command{genrecog}.
1018
1019 The program @command{genpreds} is responsible for generating code to
1020 test predicates.  It also writes a header file containing function
1021 declarations for all machine-specific predicates.  It is not necessary
1022 to declare these predicates in @file{@var{cpu}-protos.h}.
1023 @end ifset
1024
1025 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
1026 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
1027 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
1028 @ifset INTERNALS
1029 @node Constraints
1030 @section Operand Constraints
1031 @cindex operand constraints
1032 @cindex constraints
1033
1034 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify
1035 constraints for the operands allowed.  The constraints allow you to
1036 fine-tune matching within the set of operands allowed by the
1037 predicate.
1038
1039 @end ifset
1040 @ifclear INTERNALS
1041 @node Constraints
1042 @section Constraints for @code{asm} Operands
1043 @cindex operand constraints, @code{asm}
1044 @cindex constraints, @code{asm}
1045 @cindex @code{asm} constraints
1046
1047 Here are specific details on what constraint letters you can use with
1048 @code{asm} operands.
1049 @end ifclear
1050 Constraints can say whether
1051 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
1052 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
1053 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
1054 have.  Constraints can also require two operands to match.
1055 Side-effects aren't allowed in operands of inline @code{asm}, unless
1056 @samp{<} or @samp{>} constraints are used, because there is no guarantee
1057 that the side-effects will happen exactly once in an instruction that can update
1058 the addressing register.
1059
1060 @ifset INTERNALS
1061 @menu
1062 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1063 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1064 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
1065 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1066 * Disable Insn Alternatives:: Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute.
1067 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
1068 * Define Constraints::  How to define machine-specific constraints.
1069 * C Constraint Interface:: How to test constraints from C code.
1070 @end menu
1071 @end ifset
1072
1073 @ifclear INTERNALS
1074 @menu
1075 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1076 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1077 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1078 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1079 @end menu
1080 @end ifclear
1081
1082 @node Simple Constraints
1083 @subsection Simple Constraints
1084 @cindex simple constraints
1085
1086 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1087 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1088 the letters that are allowed:
1089
1090 @table @asis
1091 @item whitespace
1092 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1093 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1094 be visually aligned in the machine description even if they have different
1095 number of constraints and modifiers.
1096
1097 @cindex @samp{m} in constraint
1098 @cindex memory references in constraints
1099 @item @samp{m}
1100 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1101 supports in general.
1102 Note that the letter used for the general memory constraint can be
1103 re-defined by a back end using the @code{TARGET_MEM_CONSTRAINT} macro.
1104
1105 @cindex offsettable address
1106 @cindex @samp{o} in constraint
1107 @item @samp{o}
1108 A memory operand is allowed, but only if the address is
1109 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1110 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1111 may be added to the address and the result is also a valid memory
1112 address.
1113
1114 @cindex autoincrement/decrement addressing
1115 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1116 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1117 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1118 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1119 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1120 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1121 addressing modes that the machine supports.
1122
1123 Note that in an output operand which can be matched by another
1124 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1125 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1126 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1127
1128 @cindex @samp{V} in constraint
1129 @item @samp{V}
1130 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1131 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1132
1133 @cindex @samp{<} in constraint
1134 @item @samp{<}
1135 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1136 postdecrement) is allowed.  In inline @code{asm} this constraint is only
1137 allowed if the operand is used exactly once in an instruction that can
1138 handle the side-effects.  Not using an operand with @samp{<} in constraint
1139 string in the inline @code{asm} pattern at all or using it in multiple
1140 instructions isn't valid, because the side-effects wouldn't be performed
1141 or would be performed more than once.  Furthermore, on some targets
1142 the operand with @samp{<} in constraint string must be accompanied by
1143 special instruction suffixes like @code{%U0} instruction suffix on PowerPC
1144 or @code{%P0} on IA-64.
1145
1146 @cindex @samp{>} in constraint
1147 @item @samp{>}
1148 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1149 postincrement) is allowed.  In inline @code{asm} the same restrictions
1150 as for @samp{<} apply.
1151
1152 @cindex @samp{r} in constraint
1153 @cindex registers in constraints
1154 @item @samp{r}
1155 A register operand is allowed provided that it is in a general
1156 register.
1157
1158 @cindex constants in constraints
1159 @cindex @samp{i} in constraint
1160 @item @samp{i}
1161 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1162 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1163 assembly time or later.
1164
1165 @cindex @samp{n} in constraint
1166 @item @samp{n}
1167 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1168 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1169 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1170 rather than @samp{i}.
1171
1172 @cindex @samp{I} in constraint
1173 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1174 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1175 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1176 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1177 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1178 This is the range permitted as a shift count in the shift
1179 instructions.
1180
1181 @cindex @samp{E} in constraint
1182 @item @samp{E}
1183 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1184 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1185 that of the host machine (on which the compiler is running).
1186
1187 @cindex @samp{F} in constraint
1188 @item @samp{F}
1189 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1190 @code{const_vector}) is allowed.
1191
1192 @cindex @samp{G} in constraint
1193 @cindex @samp{H} in constraint
1194 @item @samp{G}, @samp{H}
1195 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1196 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1197
1198 @cindex @samp{s} in constraint
1199 @item @samp{s}
1200 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1201 allowed.
1202
1203 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1204 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1205 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1206 better code to be generated.
1207
1208 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1209 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1210 and 127, better code results from loading the value into a register and
1211 using the register.  This is because the load into the register can be
1212 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1213 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1214 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1215 constraints.
1216
1217 @cindex @samp{g} in constraint
1218 @item @samp{g}
1219 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1220 registers that are not general registers.
1221
1222 @cindex @samp{X} in constraint
1223 @item @samp{X}
1224 @ifset INTERNALS
1225 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1226 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1227 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1228 require a scratch register.
1229 @end ifset
1230 @ifclear INTERNALS
1231 Any operand whatsoever is allowed.
1232 @end ifclear
1233
1234 @cindex @samp{0} in constraint
1235 @cindex digits in constraint
1236 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1237 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1238 digit is used together with letters within the same alternative, the
1239 digit should come last.
1240
1241 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1242 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1243 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1244 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1245 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1246 can use multiple alternatives instead.
1247
1248 @cindex matching constraint
1249 @cindex constraint, matching
1250 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1251 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1252 @ifset INTERNALS
1253 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1254 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1255 @end ifset
1256 @ifclear INTERNALS
1257 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1258 two input operands and an output operand, but on most CISC
1259 @end ifclear
1260 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1261 input-output operand:
1262
1263 @smallexample
1264 addl #35,r12
1265 @end smallexample
1266
1267 Matching constraints are used in these circumstances.
1268 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1269 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1270 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1271 constraint.
1272
1273 @ifset INTERNALS
1274 For operands to match in a particular case usually means that they
1275 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1276 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1277 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1278 For proper results in such cases, the output template should always
1279 use the output-operand's number when printing the operand.
1280 @end ifset
1281
1282 @cindex load address instruction
1283 @cindex push address instruction
1284 @cindex address constraints
1285 @cindex @samp{p} in constraint
1286 @item @samp{p}
1287 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1288 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1289
1290 @findex address_operand
1291 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1292 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1293 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1294 reference for which the address would be valid.
1295
1296 @cindex other register constraints
1297 @cindex extensible constraints
1298 @item @var{other-letters}
1299 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1300 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1301 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1302 for data, address and floating point registers.
1303 @end table
1304
1305 @ifset INTERNALS
1306 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1307 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1308 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1309 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1310 done by copying an operand into a register.
1311
1312 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1313
1314 @smallexample
1315 (define_insn ""
1316   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1317         (plus:SI (match_dup 0)
1318                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1319   ""
1320   "@dots{}")
1321 @end smallexample
1322
1323 @noindent
1324 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1325
1326 @smallexample
1327 (define_insn ""
1328   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1329         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1330                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1331   ""
1332   "@dots{}")
1333 @end smallexample
1334
1335 @noindent
1336 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1337 identical.  If we are considering an insn of the form
1338
1339 @smallexample
1340 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1341   (set (reg:SI 3)
1342        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1343   @dots{})
1344 @end smallexample
1345
1346 @noindent
1347 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1348 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1349 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns''.
1350 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1351 is something wrong with it''.  It would direct the reload pass of the
1352 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1353 results might look like this:
1354
1355 @smallexample
1356 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1357   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1358   @dots{})
1359
1360 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1361   (set (reg:SI 3)
1362        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1363   @dots{})
1364 @end smallexample
1365
1366 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1367 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1368 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1369 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1370 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1371 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1372 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1373 reloading any possible operand so that it will fit.
1374
1375 @itemize @bullet
1376 @item
1377 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1378 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1379
1380 For example, an operand whose constraints permit everything except
1381 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1382
1383 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1384 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1385 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1386 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1387 more selective.
1388
1389 @item
1390 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1391 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1392 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1393 compiler knows how to copy a register into another register of the
1394 proper class in order to make an instruction valid.
1395
1396 @cindex nonoffsettable memory reference
1397 @cindex memory reference, nonoffsettable
1398 @item
1399 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1400 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1401 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1402
1403 @item
1404 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1405 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1406 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1407 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1408
1409 @item
1410 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1411 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1412 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1413 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1414 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1415 objects allowed by the constraint.
1416 @end itemize
1417
1418 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1419 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1420 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1421 how to copy a register temporarily into memory.
1422
1423 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1424 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1425 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1426 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1427 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1428 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1429 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1430 @code{sign_extend}.
1431 @end ifset
1432
1433 @node Multi-Alternative
1434 @subsection Multiple Alternative Constraints
1435 @cindex multiple alternative constraints
1436
1437 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1438 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1439 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1440 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1441 another.
1442
1443 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1444 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1445 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1446 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1447 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1448 @ifset INTERNALS
1449 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1450
1451 @smallexample
1452 (define_insn "iorsi3"
1453   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1454         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1455                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1456   @dots{})
1457 @end smallexample
1458
1459 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1460 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1461 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1462 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1463 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1464 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1465 @end ifset
1466
1467 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1468 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1469 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1470 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1471 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1472 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1473 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1474
1475 @table @code
1476 @cindex @samp{?} in constraint
1477 @cindex question mark
1478 @item ?
1479 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1480 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1481 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1482 in it.
1483
1484 @cindex @samp{!} in constraint
1485 @cindex exclamation point
1486 @item !
1487 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1488 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1489 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1490 @end table
1491
1492 @ifset INTERNALS
1493 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1494 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1495 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1496 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1497 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1498 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1499 @end ifset
1500
1501 @ifset INTERNALS
1502 @node Class Preferences
1503 @subsection Register Class Preferences
1504 @cindex class preference constraints
1505 @cindex register class preference constraints
1506
1507 @cindex voting between constraint alternatives
1508 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1509 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1510 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1511 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1512 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1513 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1514 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1515 favor of a general register.  The machine description says which registers
1516 are considered general.
1517
1518 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1519 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1520 @end ifset
1521
1522 @node Modifiers
1523 @subsection Constraint Modifier Characters
1524 @cindex modifiers in constraints
1525 @cindex constraint modifier characters
1526
1527 @c prevent bad page break with this line
1528 Here are constraint modifier characters.
1529
1530 @table @samp
1531 @cindex @samp{=} in constraint
1532 @item =
1533 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1534 value is discarded and replaced by output data.
1535
1536 @cindex @samp{+} in constraint
1537 @item +
1538 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1539
1540 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1541 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1542 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1543 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1544 are assumed to be input only.
1545
1546 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1547 first character of the constraint string.
1548
1549 @cindex @samp{&} in constraint
1550 @cindex earlyclobber operand
1551 @item &
1552 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1553 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1554 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1555 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1556 address.
1557
1558 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1559 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1560 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1561 @samp{movdf} insn of the 68000.
1562
1563 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1564 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1565 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1566 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1567 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1568
1569 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1570
1571 @cindex @samp{%} in constraint
1572 @item %
1573 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1574 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1575 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1576 constraints.
1577 @ifset INTERNALS
1578 This is often used in patterns for addition instructions
1579 that really have only two operands: the result must go in one of the
1580 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1581 instruction is defined:
1582
1583 @smallexample
1584 (define_insn "addhi3"
1585   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1586      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1587               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1588   @dots{})
1589 @end smallexample
1590 @end ifset
1591 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1592 the compiler may fail.  Note that you need not use the modifier if
1593 the two alternatives are strictly identical; this would only waste
1594 time in the reload pass.  The modifier is not operational after
1595 register allocation, so the result of @code{define_peephole2}
1596 and @code{define_split}s performed after reload cannot rely on
1597 @samp{%} to make the intended insn match.
1598
1599 @cindex @samp{#} in constraint
1600 @item #
1601 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1602 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1603 register preferences.
1604
1605 @cindex @samp{*} in constraint
1606 @item *
1607 Says that the following character should be ignored when choosing
1608 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1609 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1610
1611 @ifset INTERNALS
1612 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1613 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1614 copying it into an address register.  While either kind of register is
1615 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1616 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1617 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1618 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1619 register preferences.
1620
1621 @smallexample
1622 (define_insn "extendhisi2"
1623   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1624         (sign_extend:SI
1625          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1626   @dots{})
1627 @end smallexample
1628 @end ifset
1629 @end table
1630
1631 @node Machine Constraints
1632 @subsection Constraints for Particular Machines
1633 @cindex machine specific constraints
1634 @cindex constraints, machine specific
1635
1636 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1637 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1638 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1639 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1640 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1641 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1642 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1643 immediate-constant format.
1644
1645 Each architecture defines additional constraints.  These constraints
1646 are used by the compiler itself for instruction generation, as well as
1647 for @code{asm} statements; therefore, some of the constraints are not
1648 particularly useful for @code{asm}.  Here is a summary of some of the
1649 machine-dependent constraints available on some particular machines;
1650 it includes both constraints that are useful for @code{asm} and
1651 constraints that aren't.  The compiler source file mentioned in the
1652 table heading for each architecture is the definitive reference for
1653 the meanings of that architecture's constraints.
1654
1655 @table @emph
1656 @item ARM family---@file{config/arm/arm.h}
1657 @table @code
1658 @item f
1659 Floating-point register
1660
1661 @item w
1662 VFP floating-point register
1663
1664 @item F
1665 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1666 or 10.0
1667
1668 @item G
1669 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1670 were negated
1671
1672 @item I
1673 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1674 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1675 multiple of 2
1676
1677 @item J
1678 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1679
1680 @item K
1681 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1682
1683 @item L
1684 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1685
1686 @item M
1687 Integer in the range 0 to 32
1688
1689 @item Q
1690 A memory reference where the exact address is in a single register
1691 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1692
1693 @item R
1694 An item in the constant pool
1695
1696 @item S
1697 A symbol in the text segment of the current file
1698
1699 @item Uv
1700 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1701
1702 @item Uy
1703 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1704
1705 @item Uq
1706 A memory reference suitable for the ARMv4 ldrsb instruction.
1707 @end table
1708
1709 @item AVR family---@file{config/avr/constraints.md}
1710 @table @code
1711 @item l
1712 Registers from r0 to r15
1713
1714 @item a
1715 Registers from r16 to r23
1716
1717 @item d
1718 Registers from r16 to r31
1719
1720 @item w
1721 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1722
1723 @item e
1724 Pointer register (r26--r31)
1725
1726 @item b
1727 Base pointer register (r28--r31)
1728
1729 @item q
1730 Stack pointer register (SPH:SPL)
1731
1732 @item t
1733 Temporary register r0
1734
1735 @item x
1736 Register pair X (r27:r26)
1737
1738 @item y
1739 Register pair Y (r29:r28)
1740
1741 @item z
1742 Register pair Z (r31:r30)
1743
1744 @item I
1745 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1746
1747 @item J
1748 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1749
1750 @item K
1751 Constant integer 2
1752
1753 @item L
1754 Constant integer 0
1755
1756 @item M
1757 Constant that fits in 8 bits
1758
1759 @item N
1760 Constant integer @minus{}1
1761
1762 @item O
1763 Constant integer 8, 16, or 24
1764
1765 @item P
1766 Constant integer 1
1767
1768 @item G
1769 A floating point constant 0.0
1770
1771 @item R
1772 Integer constant in the range @minus{}6 @dots{} 5.
1773
1774 @item Q
1775 A memory address based on Y or Z pointer with displacement.
1776 @end table
1777
1778 @item Hewlett-Packard PA-RISC---@file{config/pa/pa.h}
1779 @table @code
1780 @item a
1781 General register 1
1782
1783 @item f
1784 Floating point register
1785
1786 @item q
1787 Shift amount register
1788
1789 @item x
1790 Floating point register (deprecated)
1791
1792 @item y
1793 Upper floating point register (32-bit), floating point register (64-bit)
1794
1795 @item Z
1796 Any register
1797
1798 @item I
1799 Signed 11-bit integer constant
1800
1801 @item J
1802 Signed 14-bit integer constant
1803
1804 @item K
1805 Integer constant that can be deposited with a @code{zdepi} instruction
1806
1807 @item L
1808 Signed 5-bit integer constant
1809
1810 @item M
1811 Integer constant 0
1812
1813 @item N
1814 Integer constant that can be loaded with a @code{ldil} instruction
1815
1816 @item O
1817 Integer constant whose value plus one is a power of 2
1818
1819 @item P
1820 Integer constant that can be used for @code{and} operations in @code{depi}
1821 and @code{extru} instructions
1822
1823 @item S
1824 Integer constant 31
1825
1826 @item U
1827 Integer constant 63
1828
1829 @item G
1830 Floating-point constant 0.0
1831
1832 @item A
1833 A @code{lo_sum} data-linkage-table memory operand
1834
1835 @item Q
1836 A memory operand that can be used as the destination operand of an
1837 integer store instruction
1838
1839 @item R
1840 A scaled or unscaled indexed memory operand
1841
1842 @item T
1843 A memory operand for floating-point loads and stores
1844
1845 @item W
1846 A register indirect memory operand
1847 @end table
1848
1849 @item picoChip family---@file{picochip.h}
1850 @table @code
1851 @item k
1852 Stack register.
1853
1854 @item f
1855 Pointer register.  A register which can be used to access memory without
1856 supplying an offset.  Any other register can be used to access memory,
1857 but will need a constant offset.  In the case of the offset being zero,
1858 it is more efficient to use a pointer register, since this reduces code
1859 size.
1860
1861 @item t
1862 A twin register.  A register which may be paired with an adjacent
1863 register to create a 32-bit register.
1864
1865 @item a
1866 Any absolute memory address (e.g., symbolic constant, symbolic
1867 constant + offset).
1868
1869 @item I
1870 4-bit signed integer.
1871
1872 @item J
1873 4-bit unsigned integer.
1874
1875 @item K
1876 8-bit signed integer.
1877
1878 @item M
1879 Any constant whose absolute value is no greater than 4-bits.
1880
1881 @item N
1882 10-bit signed integer
1883
1884 @item O
1885 16-bit signed integer.
1886
1887 @end table
1888
1889 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{config/rs6000/rs6000.h}
1890 @table @code
1891 @item b
1892 Address base register
1893
1894 @item d
1895 Floating point register (containing 64-bit value)
1896
1897 @item f
1898 Floating point register (containing 32-bit value)
1899
1900 @item v
1901 Altivec vector register
1902
1903 @item wd
1904 VSX vector register to hold vector double data
1905
1906 @item wf
1907 VSX vector register to hold vector float data
1908
1909 @item ws
1910 VSX vector register to hold scalar float data
1911
1912 @item wa
1913 Any VSX register
1914
1915 @item h
1916 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1917
1918 @item q
1919 @samp{MQ} register
1920
1921 @item c
1922 @samp{CTR} register
1923
1924 @item l
1925 @samp{LINK} register
1926
1927 @item x
1928 @samp{CR} register (condition register) number 0
1929
1930 @item y
1931 @samp{CR} register (condition register)
1932
1933 @item z
1934 @samp{XER[CA]} carry bit (part of the XER register)
1935
1936 @item I
1937 Signed 16-bit constant
1938
1939 @item J
1940 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1941 @code{SImode} constants)
1942
1943 @item K
1944 Unsigned 16-bit constant
1945
1946 @item L
1947 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1948
1949 @item M
1950 Constant larger than 31
1951
1952 @item N
1953 Exact power of 2
1954
1955 @item O
1956 Zero
1957
1958 @item P
1959 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1960
1961 @item G
1962 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1963 instruction per word
1964
1965 @item H
1966 Integer/Floating point constant that can be loaded into a register using
1967 three instructions
1968
1969 @item m
1970 Memory operand.
1971 Normally, @code{m} does not allow addresses that update the base register.
1972 If @samp{<} or @samp{>} constraint is also used, they are allowed and
1973 therefore on PowerPC targets in that case it is only safe
1974 to use @samp{m<>} in an @code{asm} statement if that @code{asm} statement
1975 accesses the operand exactly once.  The @code{asm} statement must also
1976 use @samp{%U@var{<opno>}} as a placeholder for the ``update'' flag in the
1977 corresponding load or store instruction.  For example:
1978
1979 @smallexample
1980 asm ("st%U0 %1,%0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
1981 @end smallexample
1982
1983 is correct but:
1984
1985 @smallexample
1986 asm ("st %1,%0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
1987 @end smallexample
1988
1989 is not.
1990
1991 @item es
1992 A ``stable'' memory operand; that is, one which does not include any
1993 automodification of the base register.  This used to be useful when
1994 @samp{m} allowed automodification of the base register, but as those are now only
1995 allowed when @samp{<} or @samp{>} is used, @samp{es} is basically the same
1996 as @samp{m} without @samp{<} and @samp{>}.
1997
1998 @item Q
1999 Memory operand that is an offset from a register (it is usually better
2000 to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
2001
2002 @item Z
2003 Memory operand that is an indexed or indirect from a register (it is
2004 usually better to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
2005
2006 @item R
2007 AIX TOC entry
2008
2009 @item a
2010 Address operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{p} is
2011 preferable for @code{asm} statements)
2012
2013 @item S
2014 Constant suitable as a 64-bit mask operand
2015
2016 @item T
2017 Constant suitable as a 32-bit mask operand
2018
2019 @item U
2020 System V Release 4 small data area reference
2021
2022 @item t
2023 AND masks that can be performed by two rldic@{l, r@} instructions
2024
2025 @item W
2026 Vector constant that does not require memory
2027
2028 @item j
2029 Vector constant that is all zeros.
2030
2031 @end table
2032
2033 @item Intel 386---@file{config/i386/constraints.md}
2034 @table @code
2035 @item R
2036 Legacy register---the eight integer registers available on all
2037 i386 processors (@code{a}, @code{b}, @code{c}, @code{d},
2038 @code{si}, @code{di}, @code{bp}, @code{sp}).
2039
2040 @item q
2041 Any register accessible as @code{@var{r}l}.  In 32-bit mode, @code{a},
2042 @code{b}, @code{c}, and @code{d}; in 64-bit mode, any integer register.
2043
2044 @item Q
2045 Any register accessible as @code{@var{r}h}: @code{a}, @code{b},
2046 @code{c}, and @code{d}.
2047
2048 @ifset INTERNALS
2049 @item l
2050 Any register that can be used as the index in a base+index memory
2051 access: that is, any general register except the stack pointer.
2052 @end ifset
2053
2054 @item a
2055 The @code{a} register.
2056
2057 @item b
2058 The @code{b} register.
2059
2060 @item c
2061 The @code{c} register.
2062
2063 @item d
2064 The @code{d} register.
2065
2066 @item S
2067 The @code{si} register.
2068
2069 @item D
2070 The @code{di} register.
2071
2072 @item A
2073 The @code{a} and @code{d} registers.  This class is used for instructions
2074 that return double word results in the @code{ax:dx} register pair.  Single
2075 word values will be allocated either in @code{ax} or @code{dx}.
2076 For example on i386 the following implements @code{rdtsc}:
2077
2078 @smallexample
2079 unsigned long long rdtsc (void)
2080 @{
2081   unsigned long long tick;
2082   __asm__ __volatile__("rdtsc":"=A"(tick));
2083   return tick;
2084 @}
2085 @end smallexample
2086
2087 This is not correct on x86_64 as it would allocate tick in either @code{ax}
2088 or @code{dx}.  You have to use the following variant instead:
2089
2090 @smallexample
2091 unsigned long long rdtsc (void)
2092 @{
2093   unsigned int tickl, tickh;
2094   __asm__ __volatile__("rdtsc":"=a"(tickl),"=d"(tickh));
2095   return ((unsigned long long)tickh << 32)|tickl;
2096 @}
2097 @end smallexample
2098
2099
2100 @item f
2101 Any 80387 floating-point (stack) register.
2102
2103 @item t
2104 Top of 80387 floating-point stack (@code{%st(0)}).
2105
2106 @item u
2107 Second from top of 80387 floating-point stack (@code{%st(1)}).
2108
2109 @item y
2110 Any MMX register.
2111
2112 @item x
2113 Any SSE register.
2114
2115 @item Yz
2116 First SSE register (@code{%xmm0}).
2117
2118 @ifset INTERNALS
2119 @item Y2
2120 Any SSE register, when SSE2 is enabled.
2121
2122 @item Yi
2123 Any SSE register, when SSE2 and inter-unit moves are enabled.
2124
2125 @item Ym
2126 Any MMX register, when inter-unit moves are enabled.
2127 @end ifset
2128
2129 @item I
2130 Integer constant in the range 0 @dots{} 31, for 32-bit shifts.
2131
2132 @item J
2133 Integer constant in the range 0 @dots{} 63, for 64-bit shifts.
2134
2135 @item K
2136 Signed 8-bit integer constant.
2137
2138 @item L
2139 @code{0xFF} or @code{0xFFFF}, for andsi as a zero-extending move.
2140
2141 @item M
2142 0, 1, 2, or 3 (shifts for the @code{lea} instruction).
2143
2144 @item N
2145 Unsigned 8-bit integer constant (for @code{in} and @code{out}
2146 instructions).
2147
2148 @ifset INTERNALS
2149 @item O
2150 Integer constant in the range 0 @dots{} 127, for 128-bit shifts.
2151 @end ifset
2152
2153 @item G
2154 Standard 80387 floating point constant.
2155
2156 @item C
2157 Standard SSE floating point constant.
2158
2159 @item e
2160 32-bit signed integer constant, or a symbolic reference known
2161 to fit that range (for immediate operands in sign-extending x86-64
2162 instructions).
2163
2164 @item Z
2165 32-bit unsigned integer constant, or a symbolic reference known
2166 to fit that range (for immediate operands in zero-extending x86-64
2167 instructions).
2168
2169 @end table
2170
2171 @item Intel IA-64---@file{config/ia64/ia64.h}
2172 @table @code
2173 @item a
2174 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
2175
2176 @item b
2177 Branch register
2178
2179 @item c
2180 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
2181
2182 @item d
2183 Application register residing in M-unit
2184
2185 @item e
2186 Application register residing in I-unit
2187
2188 @item f
2189 Floating-point register
2190
2191 @item m
2192 Memory operand.  If used together with @samp{<} or @samp{>},
2193 the operand can have postincrement and postdecrement which
2194 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
2195
2196 @item G
2197 Floating-point constant 0.0 or 1.0
2198
2199 @item I
2200 14-bit signed integer constant
2201
2202 @item J
2203 22-bit signed integer constant
2204
2205 @item K
2206 8-bit signed integer constant for logical instructions
2207
2208 @item L
2209 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
2210
2211 @item M
2212 6-bit unsigned integer constant for shift counts
2213
2214 @item N
2215 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
2216
2217 @item O
2218 The constant zero
2219
2220 @item P
2221 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
2222
2223 @item Q
2224 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
2225
2226 @item R
2227 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
2228
2229 @item S
2230 Memory operand except postincrement and postdecrement.  This is
2231 now roughly the same as @samp{m} when not used together with @samp{<}
2232 or @samp{>}.
2233 @end table
2234
2235 @item FRV---@file{config/frv/frv.h}
2236 @table @code
2237 @item a
2238 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2239
2240 @item b
2241 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2242
2243 @item c
2244 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
2245 @code{icc0} to @code{icc3}).
2246
2247 @item d
2248 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2249
2250 @item e
2251 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2252 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2253 mode larger than 4 bytes.
2254
2255 @item f
2256 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2257
2258 @item h
2259 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2260 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2261 mode larger than 4 bytes.
2262
2263 @item l
2264 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2265
2266 @item q
2267 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2268 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2269 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2270
2271 @item t
2272 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2273
2274 @item u
2275 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2276
2277 @item v
2278 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2279
2280 @item w
2281 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2282
2283 @item x
2284 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2285 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2286 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2287
2288 @item z
2289 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2290
2291 @item A
2292 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2293
2294 @item B
2295 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2296
2297 @item C
2298 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2299
2300 @item G
2301 Floating point constant zero
2302
2303 @item I
2304 6-bit signed integer constant
2305
2306 @item J
2307 10-bit signed integer constant
2308
2309 @item L
2310 16-bit signed integer constant
2311
2312 @item M
2313 16-bit unsigned integer constant
2314
2315 @item N
2316 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2317 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2318
2319 @item O
2320 Constant zero
2321
2322 @item P
2323 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2324 range of 1 to 2047.
2325
2326 @end table
2327
2328 @item Blackfin family---@file{config/bfin/constraints.md}
2329 @table @code
2330 @item a
2331 P register
2332
2333 @item d
2334 D register
2335
2336 @item z
2337 A call clobbered P register.
2338
2339 @item q@var{n}
2340 A single register.  If @var{n} is in the range 0 to 7, the corresponding D
2341 register.  If it is @code{A}, then the register P0.
2342
2343 @item D
2344 Even-numbered D register
2345
2346 @item W
2347 Odd-numbered D register
2348
2349 @item e
2350 Accumulator register.
2351
2352 @item A
2353 Even-numbered accumulator register.
2354
2355 @item B
2356 Odd-numbered accumulator register.
2357
2358 @item b
2359 I register
2360
2361 @item v
2362 B register
2363
2364 @item f
2365 M register
2366
2367 @item c
2368 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
2369
2370 @item C
2371 The CC register.
2372
2373 @item t
2374 LT0 or LT1.
2375
2376 @item k
2377 LC0 or LC1.
2378
2379 @item u
2380 LB0 or LB1.
2381
2382 @item x
2383 Any D, P, B, M, I or L register.
2384
2385 @item y
2386 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2387 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2388
2389 @item w
2390 Any register except accumulators or CC.
2391
2392 @item Ksh
2393 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767)
2394
2395 @item Kuh
2396 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2397
2398 @item Ks7
2399 Signed 7 bit integer (in the range @minus{}64 to 63)
2400
2401 @item Ku7
2402 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2403
2404 @item Ku5
2405 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2406
2407 @item Ks4
2408 Signed 4 bit integer (in the range @minus{}8 to 7)
2409
2410 @item Ks3
2411 Signed 3 bit integer (in the range @minus{}3 to 4)
2412
2413 @item Ku3
2414 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2415
2416 @item P@var{n}
2417 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2418
2419 @item PA
2420 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2421 use with either accumulator.
2422
2423 @item PB
2424 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2425 use only with accumulator A1.
2426
2427 @item M1
2428 Constant 255.
2429
2430 @item M2
2431 Constant 65535.
2432
2433 @item J
2434 An integer constant with exactly a single bit set.
2435
2436 @item L
2437 An integer constant with all bits set except exactly one.
2438
2439 @item H
2440
2441 @item Q
2442 Any SYMBOL_REF.
2443 @end table
2444
2445 @item M32C---@file{config/m32c/m32c.c}
2446 @table @code
2447 @item Rsp
2448 @itemx Rfb
2449 @itemx Rsb
2450 @samp{$sp}, @samp{$fb}, @samp{$sb}.
2451
2452 @item Rcr
2453 Any control register, when they're 16 bits wide (nothing if control
2454 registers are 24 bits wide)
2455
2456 @item Rcl
2457 Any control register, when they're 24 bits wide.
2458
2459 @item R0w
2460 @itemx R1w
2461 @itemx R2w
2462 @itemx R3w
2463 $r0, $r1, $r2, $r3.
2464
2465 @item R02
2466 $r0 or $r2, or $r2r0 for 32 bit values.
2467
2468 @item R13
2469 $r1 or $r3, or $r3r1 for 32 bit values.
2470
2471 @item Rdi
2472 A register that can hold a 64 bit value.
2473
2474 @item Rhl
2475 $r0 or $r1 (registers with addressable high/low bytes)
2476
2477 @item R23
2478 $r2 or $r3
2479
2480 @item Raa
2481 Address registers
2482
2483 @item Raw
2484 Address registers when they're 16 bits wide.
2485
2486 @item Ral
2487 Address registers when they're 24 bits wide.
2488
2489 @item Rqi
2490 Registers that can hold QI values.
2491
2492 @item Rad
2493 Registers that can be used with displacements ($a0, $a1, $sb).
2494
2495 @item Rsi
2496 Registers that can hold 32 bit values.
2497
2498 @item Rhi
2499 Registers that can hold 16 bit values.
2500
2501 @item Rhc
2502 Registers chat can hold 16 bit values, including all control
2503 registers.
2504
2505 @item Rra
2506 $r0 through R1, plus $a0 and $a1.
2507
2508 @item Rfl
2509 The flags register.
2510
2511 @item Rmm
2512 The memory-based pseudo-registers $mem0 through $mem15.
2513
2514 @item Rpi
2515 Registers that can hold pointers (16 bit registers for r8c, m16c; 24
2516 bit registers for m32cm, m32c).
2517
2518 @item Rpa
2519 Matches multiple registers in a PARALLEL to form a larger register.
2520 Used to match function return values.
2521
2522 @item Is3
2523 @minus{}8 @dots{} 7
2524
2525 @item IS1
2526 @minus{}128 @dots{} 127
2527
2528 @item IS2
2529 @minus{}32768 @dots{} 32767
2530
2531 @item IU2
2532 0 @dots{} 65535
2533
2534 @item In4
2535 @minus{}8 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 8
2536
2537 @item In5
2538 @minus{}16 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 16
2539
2540 @item In6
2541 @minus{}32 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 32
2542
2543 @item IM2
2544 @minus{}65536 @dots{} @minus{}1
2545
2546 @item Ilb
2547 An 8 bit value with exactly one bit set.
2548
2549 @item Ilw
2550 A 16 bit value with exactly one bit set.
2551
2552 @item Sd
2553 The common src/dest memory addressing modes.
2554
2555 @item Sa
2556 Memory addressed using $a0 or $a1.
2557
2558 @item Si
2559 Memory addressed with immediate addresses.
2560
2561 @item Ss
2562 Memory addressed using the stack pointer ($sp).
2563
2564 @item Sf
2565 Memory addressed using the frame base register ($fb).
2566
2567 @item Ss
2568 Memory addressed using the small base register ($sb).
2569
2570 @item S1
2571 $r1h
2572 @end table
2573
2574 @item MeP---@file{config/mep/constraints.md}
2575 @table @code
2576
2577 @item a
2578 The $sp register.
2579
2580 @item b
2581 The $tp register.
2582
2583 @item c
2584 Any control register.
2585
2586 @item d
2587 Either the $hi or the $lo register.
2588
2589 @item em
2590 Coprocessor registers that can be directly loaded ($c0-$c15).
2591
2592 @item ex
2593 Coprocessor registers that can be moved to each other.
2594
2595 @item er
2596 Coprocessor registers that can be moved to core registers.
2597
2598 @item h
2599 The $hi register.
2600
2601 @item j
2602 The $rpc register.
2603
2604 @item l
2605 The $lo register.
2606
2607 @item t
2608 Registers which can be used in $tp-relative addressing.
2609
2610 @item v
2611 The $gp register.
2612
2613 @item x
2614 The coprocessor registers.
2615
2616 @item y
2617 The coprocessor control registers.
2618
2619 @item z
2620 The $0 register.
2621
2622 @item A
2623 User-defined register set A.
2624
2625 @item B
2626 User-defined register set B.
2627
2628 @item C
2629 User-defined register set C.
2630
2631 @item D
2632 User-defined register set D.
2633
2634 @item I
2635 Offsets for $gp-rel addressing.
2636
2637 @item J
2638 Constants that can be used directly with boolean insns.
2639
2640 @item K
2641 Constants that can be moved directly to registers.
2642
2643 @item L
2644 Small constants that can be added to registers.
2645
2646 @item M
2647 Long shift counts.
2648
2649 @item N
2650 Small constants that can be compared to registers.
2651
2652 @item O
2653 Constants that can be loaded into the top half of registers.
2654
2655 @item S
2656 Signed 8-bit immediates.
2657
2658 @item T
2659 Symbols encoded for $tp-rel or $gp-rel addressing.
2660
2661 @item U
2662 Non-constant addresses for loading/saving coprocessor registers.
2663
2664 @item W
2665 The top half of a symbol's value.
2666
2667 @item Y
2668 A register indirect address without offset.
2669
2670 @item Z
2671 Symbolic references to the control bus.
2672
2673 @end table
2674
2675 @item MicroBlaze---@file{config/microblaze/constraints.md}
2676 @table @code
2677 @item d
2678 A general register (@code{r0} to @code{r31}).
2679
2680 @item z
2681 A status register (@code{rmsr}, @code{$fcc1} to @code{$fcc7}).
2682
2683 @end table
2684
2685 @item MIPS---@file{config/mips/constraints.md}
2686 @table @code
2687 @item d
2688 An address register.  This is equivalent to @code{r} unless
2689 generating MIPS16 code.
2690
2691 @item f
2692 A floating-point register (if available).
2693
2694 @item h
2695 Formerly the @code{hi} register.  This constraint is no longer supported.
2696
2697 @item l
2698 The @code{lo} register.  Use this register to store values that are
2699 no bigger than a word.
2700
2701 @item x
2702 The concatenated @code{hi} and @code{lo} registers.  Use this register
2703 to store doubleword values.
2704
2705 @item c
2706 A register suitable for use in an indirect jump.  This will always be
2707 @code{$25} for @option{-mabicalls}.
2708
2709 @item v
2710 Register @code{$3}.  Do not use this constraint in new code;
2711 it is retained only for compatibility with glibc.
2712
2713 @item y
2714 Equivalent to @code{r}; retained for backwards compatibility.
2715
2716 @item z
2717 A floating-point condition code register.
2718
2719 @item I
2720 A signed 16-bit constant (for arithmetic instructions).
2721
2722 @item J
2723 Integer zero.
2724
2725 @item K
2726 An unsigned 16-bit constant (for logic instructions).
2727
2728 @item L
2729 A signed 32-bit constant in which the lower 16 bits are zero.
2730 Such constants can be loaded using @code{lui}.
2731
2732 @item M
2733 A constant that cannot be loaded using @code{lui}, @code{addiu}
2734 or @code{ori}.
2735
2736 @item N
2737 A constant in the range @minus{}65535 to @minus{}1 (inclusive).
2738
2739 @item O
2740 A signed 15-bit constant.
2741
2742 @item P
2743 A constant in the range 1 to 65535 (inclusive).
2744
2745 @item G
2746 Floating-point zero.
2747
2748 @item R
2749 An address that can be used in a non-macro load or store.
2750 @end table
2751
2752 @item Motorola 680x0---@file{config/m68k/constraints.md}
2753 @table @code
2754 @item a
2755 Address register
2756
2757 @item d
2758 Data register
2759
2760 @item f
2761 68881 floating-point register, if available
2762
2763 @item I
2764 Integer in the range 1 to 8
2765
2766 @item J
2767 16-bit signed number
2768
2769 @item K
2770 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2771
2772 @item L
2773 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2774
2775 @item M
2776 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2777
2778 @item N
2779 Range 24 to 31, rotatert:SI 8 to 1 expressed as rotate
2780
2781 @item O
2782 16 (for rotate using swap)
2783
2784 @item P
2785 Range 8 to 15, rotatert:HI 8 to 1 expressed as rotate
2786
2787 @item R
2788 Numbers that mov3q can handle
2789
2790 @item G
2791 Floating point constant that is not a 68881 constant
2792
2793 @item S
2794 Operands that satisfy 'm' when -mpcrel is in effect
2795
2796 @item T
2797 Operands that satisfy 's' when -mpcrel is not in effect
2798
2799 @item Q
2800 Address register indirect addressing mode
2801
2802 @item U
2803 Register offset addressing
2804
2805 @item W
2806 const_call_operand
2807
2808 @item Cs
2809 symbol_ref or const
2810
2811 @item Ci
2812 const_int
2813
2814 @item C0
2815 const_int 0
2816
2817 @item Cj
2818 Range of signed numbers that don't fit in 16 bits
2819
2820 @item Cmvq
2821 Integers valid for mvq
2822
2823 @item Capsw
2824 Integers valid for a moveq followed by a swap
2825
2826 @item Cmvz
2827 Integers valid for mvz
2828
2829 @item Cmvs
2830 Integers valid for mvs
2831
2832 @item Ap
2833 push_operand
2834
2835 @item Ac
2836 Non-register operands allowed in clr
2837
2838 @end table
2839
2840 @item Moxie---@file{config/moxie/constraints.md}
2841 @table @code
2842 @item A
2843 An absolute address
2844
2845 @item B
2846 An offset address
2847
2848 @item W
2849 A register indirect memory operand
2850
2851 @item I
2852 A constant in the range of 0 to 255.
2853
2854 @item N
2855 A constant in the range of 0 to @minus{}255.
2856
2857 @end table
2858
2859 @item PDP-11---@file{config/pdp11/constraints.md}
2860 @table @code
2861 @item a
2862 Floating point registers AC0 through AC3.  These can be loaded from/to
2863 memory with a single instruction.
2864
2865 @item d
2866 Odd numbered general registers (R1, R3, R5).  These are used for
2867 16-bit multiply operations.
2868
2869 @item f
2870 Any of the floating point registers (AC0 through AC5).
2871
2872 @item G
2873 Floating point constant 0.
2874
2875 @item I
2876 An integer constant that fits in 16 bits.
2877
2878 @item J
2879 An integer constant whose low order 16 bits are zero.
2880
2881 @item K
2882 An integer constant that does not meet the constraints for codes
2883 @samp{I} or @samp{J}.
2884
2885 @item L
2886 The integer constant 1.
2887
2888 @item M
2889 The integer constant @minus{}1.
2890
2891 @item N
2892 The integer constant 0.
2893
2894 @item O
2895 Integer constants @minus{}4 through @minus{}1 and 1 through 4; shifts by these
2896 amounts are handled as multiple single-bit shifts rather than a single
2897 variable-length shift.
2898
2899 @item Q
2900 A memory reference which requires an additional word (address or
2901 offset) after the opcode.
2902
2903 @item R
2904 A memory reference that is encoded within the opcode.
2905
2906 @end table
2907
2908 @item RX---@file{config/rx/constraints.md}
2909 @table @code
2910 @item Q
2911 An address which does not involve register indirect addressing or
2912 pre/post increment/decrement addressing.
2913
2914 @item Symbol
2915 A symbol reference.
2916
2917 @item Int08
2918 A constant in the range @minus{}256 to 255, inclusive.
2919
2920 @item Sint08
2921 A constant in the range @minus{}128 to 127, inclusive.
2922
2923 @item Sint16
2924 A constant in the range @minus{}32768 to 32767, inclusive.
2925
2926 @item Sint24
2927 A constant in the range @minus{}8388608 to 8388607, inclusive.
2928
2929 @item Uint04
2930 A constant in the range 0 to 15, inclusive.
2931
2932 @end table
2933
2934 @need 1000
2935 @item SPARC---@file{config/sparc/sparc.h}
2936 @table @code
2937 @item f
2938 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
2939 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
2940
2941 @item e
2942 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
2943 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
2944 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
2945
2946 @item c
2947 Floating-point condition code register.
2948
2949 @item d
2950 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
2951 architecture when the Visual Instruction Set is available.
2952
2953 @item b
2954 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
2955 when the Visual Instruction Set is available.
2956
2957 @item h
2958 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
2959
2960 @item D
2961 A vector constant
2962
2963 @item I
2964 Signed 13-bit constant
2965
2966 @item J
2967 Zero
2968
2969 @item K
2970 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2971 loaded with the @code{sethi} instruction)
2972
2973 @item L
2974 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2975
2976 @item M
2977 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2978
2979 @item N
2980 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2981 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2982 modes wider than @code{SImode}
2983
2984 @item O
2985 The constant 4096
2986
2987 @item G
2988 Floating-point zero
2989
2990 @item H
2991 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2992
2993 @item Q
2994 Floating-point constant whose integral representation can
2995 be moved into an integer register using a single sethi
2996 instruction
2997
2998 @item R
2999 Floating-point constant whose integral representation can
3000 be moved into an integer register using a single mov
3001 instruction
3002
3003 @item S
3004 Floating-point constant whose integral representation can
3005 be moved into an integer register using a high/lo_sum
3006 instruction sequence
3007
3008 @item T
3009 Memory address aligned to an 8-byte boundary
3010
3011 @item U
3012 Even register
3013
3014 @item W
3015 Memory address for @samp{e} constraint registers
3016
3017 @item Y
3018 Vector zero
3019
3020 @end table
3021
3022 @item SPU---@file{config/spu/spu.h}
3023 @table @code
3024 @item a
3025 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.
3026
3027 @item c
3028 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.
3029
3030 @item d
3031 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 64 bit value.
3032
3033 @item f
3034 An immediate which can be loaded with @code{fsmbi}.
3035
3036 @item A
3037 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3038
3039 @item B
3040 An immediate for most arithmetic instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3041
3042 @item C
3043 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3044
3045 @item D
3046 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 32 bit value.
3047
3048 @item I
3049 A constant in the range [@minus{}64, 63] for shift/rotate instructions.
3050
3051 @item J
3052 An unsigned 7-bit constant for conversion/nop/channel instructions.
3053
3054 @item K
3055 A signed 10-bit constant for most arithmetic instructions.
3056
3057 @item M
3058 A signed 16 bit immediate for @code{stop}.
3059
3060 @item N
3061 An unsigned 16-bit constant for @code{iohl} and @code{fsmbi}.
3062
3063 @item O
3064 An unsigned 7-bit constant whose 3 least significant bits are 0.
3065
3066 @item P
3067 An unsigned 3-bit constant for 16-byte rotates and shifts
3068
3069 @item R
3070 Call operand, reg, for indirect calls
3071
3072 @item S
3073 Call operand, symbol, for relative calls.
3074
3075 @item T
3076 Call operand, const_int, for absolute calls.
3077
3078 @item U
3079 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is sign extended to 128 bit.
3080
3081 @item W
3082 An immediate for shift and rotate instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3083
3084 @item Y
3085 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is sign extended as a 128 bit.
3086
3087 @item Z
3088 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is sign extended to 128 bit.
3089
3090 @end table
3091
3092 @item S/390 and zSeries---@file{config/s390/s390.h}
3093 @table @code
3094 @item a
3095 Address register (general purpose register except r0)
3096
3097 @item c
3098 Condition code register
3099
3100 @item d
3101 Data register (arbitrary general purpose register)
3102
3103 @item f
3104 Floating-point register
3105
3106 @item I
3107 Unsigned 8-bit constant (0--255)
3108
3109 @item J
3110 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
3111
3112 @item K
3113 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
3114
3115 @item L
3116 Value appropriate as displacement.
3117 @table @code
3118 @item (0..4095)
3119 for short displacement
3120 @item (@minus{}524288..524287)
3121 for long displacement
3122 @end table
3123
3124 @item M
3125 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
3126
3127 @item N
3128 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
3129 @table @code
3130 @item 0..9:
3131 number of the part counting from most to least significant
3132 @item H,Q:
3133 mode of the part
3134 @item D,S,H:
3135 mode of the containing operand
3136 @item 0,F:
3137 value of the other parts (F---all bits set)
3138 @end table
3139 The constraint matches if the specified part of a constant
3140 has a value different from its other parts.
3141
3142 @item Q
3143 Memory reference without index register and with short displacement.
3144
3145 @item R
3146 Memory reference with index register and short displacement.
3147
3148 @item S
3149 Memory reference without index register but with long displacement.
3150
3151 @item T
3152 Memory reference with index register and long displacement.
3153
3154 @item U
3155 Pointer with short displacement.
3156
3157 @item W
3158 Pointer with long displacement.
3159
3160 @item Y
3161 Shift count operand.
3162
3163 @end table
3164
3165 @item Score family---@file{config/score/score.h}
3166 @table @code
3167 @item d
3168 Registers from r0 to r32.
3169
3170 @item e
3171 Registers from r0 to r16.
3172
3173 @item t
3174 r8---r11 or r22---r27 registers.
3175
3176 @item h
3177 hi register.
3178
3179 @item l
3180 lo register.
3181
3182 @item x
3183 hi + lo register.
3184
3185 @item q
3186 cnt register.
3187
3188 @item y
3189 lcb register.
3190
3191 @item z
3192 scb register.
3193
3194 @item a
3195 cnt + lcb + scb register.
3196
3197 @item c
3198 cr0---cr15 register.
3199
3200 @item b
3201 cp1 registers.
3202
3203 @item f
3204 cp2 registers.
3205
3206 @item i
3207 cp3 registers.
3208
3209 @item j
3210 cp1 + cp2 + cp3 registers.
3211
3212 @item I
3213 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero).
3214
3215 @item J
3216 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31).
3217
3218 @item K
3219 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535).
3220
3221 @item L
3222 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767).
3223
3224 @item M
3225 Unsigned 14 bit integer (in the range 0 to 16383).
3226
3227 @item N
3228 Signed 14 bit integer (in the range @minus{}8192 to 8191).
3229
3230 @item Z
3231 Any SYMBOL_REF.
3232 @end table
3233
3234 @item Xstormy16---@file{config/stormy16/stormy16.h}
3235 @table @code
3236 @item a
3237 Register r0.
3238
3239 @item b
3240 Register r1.
3241
3242 @item c
3243 Register r2.
3244
3245 @item d
3246 Register r8.
3247
3248 @item e
3249 Registers r0 through r7.
3250
3251 @item t
3252 Registers r0 and r1.
3253
3254 @item y
3255 The carry register.
3256
3257 @item z
3258 Registers r8 and r9.
3259
3260 @item I
3261 A constant between 0 and 3 inclusive.
3262
3263 @item J
3264 A constant that has exactly one bit set.
3265
3266 @item K
3267 A constant that has exactly one bit clear.
3268
3269 @item L
3270 A constant between 0 and 255 inclusive.
3271
3272 @item M
3273 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
3274
3275 @item N
3276 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
3277
3278 @item O
3279 A constant between 1 and 4 inclusive.
3280
3281 @item P
3282 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
3283
3284 @item Q
3285 A memory reference that is a stack push.
3286
3287 @item R
3288 A memory reference that is a stack pop.
3289
3290 @item S
3291 A memory reference that refers to a constant address of known value.
3292
3293 @item T
3294 The register indicated by Rx (not implemented yet).
3295
3296 @item U
3297 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
3298
3299 @item Z
3300 The constant 0.
3301
3302 @end table
3303
3304 @item Xtensa---@file{config/xtensa/constraints.md}
3305 @table @code
3306 @item a
3307 General-purpose 32-bit register
3308
3309 @item b
3310 One-bit boolean register
3311
3312 @item A
3313 MAC16 40-bit accumulator register
3314
3315 @item I
3316 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
3317
3318 @item J
3319 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
3320
3321 @item K
3322 Integer constant valid for BccI instructions
3323
3324 @item L
3325 Unsigned constant valid for BccUI instructions
3326
3327 @end table
3328
3329 @end table
3330
3331 @ifset INTERNALS
3332 @node Disable Insn Alternatives
3333 @subsection Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute
3334 @cindex enabled
3335
3336 The @code{enabled} insn attribute may be used to disable certain insn
3337 alternatives for machine-specific reasons.  This is useful when adding
3338 new instructions to an existing pattern which are only available for
3339 certain cpu architecture levels as specified with the @code{-march=}
3340 option.
3341
3342 If an insn alternative is disabled, then it will never be used.  The
3343 compiler treats the constraints for the disabled alternative as
3344 unsatisfiable.
3345
3346 In order to make use of the @code{enabled} attribute a back end has to add
3347 in the machine description files:
3348
3349 @enumerate
3350 @item
3351 A definition of the @code{enabled} insn attribute.  The attribute is
3352 defined as usual using the @code{define_attr} command.  This
3353 definition should be based on other insn attributes and/or target flags.
3354 The @code{enabled} attribute is a numeric attribute and should evaluate to
3355 @code{(const_int 1)} for an enabled alternative and to
3356 @code{(const_int 0)} otherwise.
3357 @item
3358 A definition of another insn attribute used to describe for what
3359 reason an insn alternative might be available or
3360 not.  E.g. @code{cpu_facility} as in the example below.
3361 @item
3362 An assignment for the second attribute to each insn definition
3363 combining instructions which are not all available under the same
3364 circumstances.  (Note: It obviously only makes sense for definitions
3365 with more than one alternative.  Otherwise the insn pattern should be
3366 disabled or enabled using the insn condition.)
3367 @end enumerate
3368
3369 E.g. the following two patterns could easily be merged using the @code{enabled}
3370 attribute:
3371
3372 @smallexample
3373
3374 (define_insn "*movdi_old"
3375   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
3376         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d"))]
3377   "!TARGET_NEW"
3378   "lgr %0,%1")
3379
3380 (define_insn "*movdi_new"
3381   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
3382         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
3383   "TARGET_NEW"
3384   "@@
3385    lgr  %0,%1
3386    ldgr %0,%1
3387    lgdr %0,%1")
3388
3389 @end smallexample
3390
3391 to:
3392
3393 @smallexample
3394
3395 (define_insn "*movdi_combined"
3396   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
3397         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
3398   ""
3399   "@@
3400    lgr  %0,%1
3401    ldgr %0,%1
3402    lgdr %0,%1"
3403   [(set_attr "cpu_facility" "*,new,new")])
3404
3405 @end smallexample
3406
3407 with the @code{enabled} attribute defined like this:
3408
3409 @smallexample
3410
3411 (define_attr "cpu_facility" "standard,new" (const_string "standard"))
3412
3413 (define_attr "enabled" ""
3414   (cond [(eq_attr "cpu_facility" "standard") (const_int 1)
3415          (and (eq_attr "cpu_facility" "new")
3416               (ne (symbol_ref "TARGET_NEW") (const_int 0)))
3417          (const_int 1)]
3418         (const_int 0)))
3419
3420 @end smallexample
3421
3422 @end ifset
3423
3424 @ifset INTERNALS
3425 @node Define Constraints
3426 @subsection Defining Machine-Specific Constraints
3427 @cindex defining constraints
3428 @cindex constraints, defining
3429
3430 Machine-specific constraints fall into two categories: register and
3431 non-register constraints.  Within the latter category, constraints
3432 which allow subsets of all possible memory or address operands should
3433 be specially marked, to give @code{reload} more information.
3434
3435 Machine-specific constraints can be given names of arbitrary length,
3436 but they must be entirely composed of letters, digits, underscores
3437 (@samp{_}), and angle brackets (@samp{< >}).  Like C identifiers, they
3438 must begin with a letter or underscore.
3439
3440 In order to avoid ambiguity in operand constraint strings, no
3441 constraint can have a name that begins with any other constraint's
3442 name.  For example, if @code{x} is defined as a constraint name,
3443 @code{xy} may not be, and vice versa.  As a consequence of this rule,
3444 no constraint may begin with one of the generic constraint letters:
3445 @samp{E F V X g i m n o p r s}.
3446
3447 Register constraints correspond directly to register classes.
3448 @xref{Register Classes}.  There is thus not much flexibility in their
3449 definitions.
3450
3451 @deffn {MD Expression} define_register_constraint name regclass docstring
3452 All three arguments are string constants.
3453 @var{name} is the name of the constraint, as it will appear in
3454 @code{match_operand} expressions.  If @var{name} is a multi-letter
3455 constraint its length shall be the same for all constraints starting
3456 with the same letter.  @var{regclass} can be either the
3457 name of the corresponding register class (@pxref{Register Classes}),
3458 or a C expression which evaluates to the appropriate register class.
3459 If it is an expression, it must have no side effects, and it cannot
3460 look at the operand.  The usual use of expressions is to map some
3461 register constraints to @code{NO_REGS} when the register class
3462 is not available on a given subarchitecture.
3463
3464 @var{docstring} is a sentence documenting the meaning of the
3465 constraint.  Docstrings are explained further below.
3466 @end deffn
3467
3468 Non-register constraints are more like predicates: the constraint
3469 definition gives a Boolean expression which indicates whether the
3470 constraint matches.
3471
3472 @deffn {MD Expression} define_constraint name docstring exp
3473 The @var{name} and @var{docstring} arguments are the same as for
3474 @code{define_register_constraint}, but note that the docstring comes
3475 immediately after the name for these expressions.  @var{exp} is an RTL
3476 expression, obeying the same rules as the RTL expressions in predicate
3477 definitions.  @xref{Defining Predicates}, for details.  If it
3478 evaluates true, the constraint matches; if it evaluates false, it
3479 doesn't. Constraint expressions should indicate which RTL codes they
3480 might match, just like predicate expressions.
3481
3482 @code{match_test} C expressions have access to the
3483 following variables:
3484
3485 @table @var
3486 @item op
3487 The RTL object defining the operand.
3488 @item mode
3489 The machine mode of @var{op}.
3490 @item ival
3491 @samp{INTVAL (@var{op})}, if @var{op} is a @code{const_int}.
3492 @item hval
3493 @samp{CONST_DOUBLE_HIGH (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3494 @code{const_double}.
3495 @item lval
3496 @samp{CONST_DOUBLE_LOW (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3497 @code{const_double}.
3498 @item rval
3499 @samp{CONST_DOUBLE_REAL_VALUE (@var{op})}, if @var{op} is a floating-point
3500 @code{const_double}.
3501 @end table
3502
3503 The @var{*val} variables should only be used once another piece of the
3504 expression has verified that @var{op} is the appropriate kind of RTL
3505 object.
3506 @end deffn
3507
3508 Most non-register constraints should be defined with
3509 @code{define_constraint}.  The remaining two definition expressions
3510 are only appropriate for constraints that should be handled specially
3511 by @code{reload} if they fail to match.
3512
3513 @deffn {MD Expression} define_memory_constraint name docstring exp
3514 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
3515 operands: that is, @code{reload} can make them match by converting the
3516 operand to the form @samp{@w{(mem (reg @var{X}))}}, where @var{X} is a
3517 base register (from the register class specified by
3518 @code{BASE_REG_CLASS}, @pxref{Register Classes}).
3519
3520 For example, on the S/390, some instructions do not accept arbitrary
3521 memory references, but only those that do not make use of an index
3522 register.  The constraint letter @samp{Q} is defined to represent a
3523 memory address of this type.  If @samp{Q} is defined with
3524 @code{define_memory_constraint}, a @samp{Q} constraint can handle any
3525 memory operand, because @code{reload} knows it can simply copy the
3526 memory address into a base register if required.  This is analogous to
3527 the way an @samp{o} constraint can handle any memory operand.
3528
3529 The syntax and semantics are otherwise identical to
3530 @code{define_constraint}.
3531 @end deffn
3532
3533 @deffn {MD Expression} define_address_constraint name docstring exp
3534 Use this expression for constraints that match a subset of all address
3535 operands: that is, @code{reload} can make the constraint match by
3536 converting the operand to the form @samp{@w{(reg @var{X})}}, again
3537 with @var{X} a base register.
3538
3539 Constraints defined with @code{define_address_constraint} can only be
3540 used with the @code{address_operand} predicate, or machine-specific
3541 predicates that work the same way.  They are treated analogously to
3542 the generic @samp{p} constraint.
3543
3544 The syntax and semantics are otherwise identical to
3545 @code{define_constraint}.
3546 @end deffn
3547
3548 For historical reasons, names beginning with the letters @samp{G H}
3549 are reserved for constraints that match only @code{const_double}s, and
3550 names beginning with the letters @samp{I J K L M N O P} are reserved
3551 for constraints that match only @code{const_int}s.  This may change in
3552 the future.  For the time being, constraints with these names must be
3553 written in a stylized form, so that @code{genpreds} can tell you did
3554 it correctly:
3555
3556 @smallexample
3557 @group
3558 (define_constraint "[@var{GHIJKLMNOP}]@dots{}"
3559   "@var{doc}@dots{}"
3560   (and (match_code "const_int")  ; @r{@code{const_double} for G/H}
3561        @var{condition}@dots{}))            ; @r{usually a @code{match_test}}
3562 @end group
3563 @end smallexample
3564 @c the semicolons line up in the formatted manual
3565
3566 It is fine to use names beginning with other letters for constraints
3567 that match @code{const_double}s or @code{const_int}s.
3568
3569 Each docstring in a constraint definition should be one or more complete
3570 sentences, marked up in Texinfo format.  @emph{They are currently unused.}
3571 In the future they will be copied into the GCC manual, in @ref{Machine
3572 Constraints}, replacing the hand-maintained tables currently found in
3573 that section.  Also, in the future the compiler may use this to give
3574 more helpful diagnostics when poor choice of @code{asm} constraints
3575 causes a reload failure.
3576
3577 If you put the pseudo-Texinfo directive @samp{@@internal} at the
3578 beginning of a docstring, then (in the future) it will appear only in
3579 the internals manual's version of the machine-specific constraint tables.
3580 Use this for constraints that should not appear in @code{asm} statements.
3581
3582 @node C Constraint Interface
3583 @subsection Testing constraints from C
3584 @cindex testing constraints
3585 @cindex constraints, testing
3586
3587 It is occasionally useful to test a constraint from C code rather than
3588 implicitly via the constraint string in a @code{match_operand}.  The
3589 generated file @file{tm_p.h} declares a few interfaces for working
3590 with machine-specific constraints.  None of these interfaces work with
3591 the generic constraints described in @ref{Simple Constraints}.  This
3592 may change in the future.
3593
3594 @strong{Warning:} @file{tm_p.h} may declare other functions that
3595 operate on constraints, besides the ones documented here.  Do not use
3596 those functions from machine-dependent code.  They exist to implement
3597 the old constraint interface that machine-independent components of
3598 the compiler still expect.  They will change or disappear in the
3599 future.
3600
3601 Some valid constraint names are not valid C identifiers, so there is a
3602 mangling scheme for referring to them from C@.  Constraint names that
3603 do not contain angle brackets or underscores are left unchanged.
3604 Underscores are doubled, each @samp{<} is replaced with @samp{_l}, and
3605 each @samp{>} with @samp{_g}.  Here are some examples:
3606
3607 @c the @c's prevent double blank lines in the printed manual.
3608 @example
3609 @multitable {Original} {Mangled}
3610 @item @strong{Original} @tab @strong{Mangled}  @c
3611 @item @code{x}     @tab @code{x}       @c
3612 @item @code{P42x}  @tab @code{P42x}    @c
3613 @item @code{P4_x}  @tab @code{P4__x}   @c
3614 @item @code{P4>x}  @tab @code{P4_gx}   @c
3615 @item @code{P4>>}  @tab @code{P4_g_g}  @c
3616 @item @code{P4_g>} @tab @code{P4__g_g} @c
3617 @end multitable
3618 @end example
3619
3620 Throughout this section, the variable @var{c} is either a constraint
3621 in the abstract sense, or a constant from @code{enum constraint_num};
3622 the variable @var{m} is a mangled constraint name (usually as part of
3623 a larger identifier).
3624
3625 @deftp Enum constraint_num
3626 For each machine-specific constraint, there is a corresponding
3627 enumeration constant: @samp{CONSTRAINT_} plus the mangled name of the
3628 constraint.  Functions that take an @code{enum constraint_num} as an
3629 argument expect one of these constants.
3630
3631 Machine-independent constraints do not have associated constants.
3632 This may change in the future.
3633 @end deftp
3634
3635 @deftypefun {inline bool} satisfies_constraint_@var{m} (rtx @var{exp})
3636 For each machine-specific, non-register constraint @var{m}, there is
3637 one of these functions; it returns @code{true} if @var{exp} satisfies the
3638 constraint.  These functions are only visible if @file{rtl.h} was included
3639 before @file{tm_p.h}.
3640 @end deftypefun
3641
3642 @deftypefun bool constraint_satisfied_p (rtx @var{exp}, enum constraint_num @var{c})
3643 Like the @code{satisfies_constraint_@var{m}} functions, but the
3644 constraint to test is given as an argument, @var{c}.  If @var{c}
3645 specifies a register constraint, this function will always return
3646 @code{false}.
3647 @end deftypefun
3648
3649 @deftypefun {enum reg_class} regclass_for_constraint (enum constraint_num @var{c})
3650 Returns the register class associated with @var{c}.  If @var{c} is not
3651 a register constraint, or those registers are not available for the
3652 currently selected subtarget, returns @code{NO_REGS}.
3653 @end deftypefun
3654
3655 Here is an example use of @code{satisfies_constraint_@var{m}}.  In
3656 peephole optimizations (@pxref{Peephole Definitions}), operand
3657 constraint strings are ignored, so if there are relevant constraints,
3658 they must be tested in the C condition.  In the example, the
3659 optimization is applied if operand 2 does @emph{not} satisfy the
3660 @samp{K} constraint.  (This is a simplified version of a peephole
3661 definition from the i386 machine description.)
3662
3663 @smallexample
3664 (define_peephole2
3665   [(match_scratch:SI 3 "r")
3666    (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3667         (mult:SI (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")
3668                  (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "")))]
3669
3670   "!satisfies_constraint_K (operands[2])"
3671
3672   [(set (match_dup 3) (match_dup 1))
3673    (set (match_dup 0) (mult:SI (match_dup 3) (match_dup 2)))]
3674
3675   "")
3676 @end smallexample
3677
3678 @node Standard Names
3679 @section Standard Pattern Names For Generation
3680 @cindex standard pattern names
3681 @cindex pattern names
3682 @cindex names, pattern
3683
3684 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
3685 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
3686 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
3687 pattern to accomplish a certain task.
3688
3689 @table @asis
3690 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
3691 @item @samp{mov@var{m}}
3692 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
3693 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
3694 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
3695
3696 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
3697 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
3698 to store the specified value in the part of the register that corresponds
3699 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
3700 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
3701 outside the target word are left unchanged.
3702
3703 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
3704 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
3705 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
3706 If there are patterns accepting operands in larger modes,
3707 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
3708
3709 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
3710 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
3711 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
3712 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
3713 into a register.
3714
3715 @findex force_reg
3716 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
3717 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
3718 registers other than the operands.  For example, if you support the
3719 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
3720 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
3721 function which might generate new pseudo registers.
3722
3723 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
3724 fetching those modes from memory normally requires several insns and
3725 some temporary registers.
3726
3727 @findex change_address
3728 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
3729 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
3730 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
3731 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
3732 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
3733 an address into a valid address and no routine (such as
3734 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
3735 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
3736
3737 @findex reload_in_progress
3738 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
3739 declared if required) can be used to determine whether such special
3740 handling is required.
3741
3742 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
3743 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
3744 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
3745 machines explicit memory references will get optional reloads.
3746
3747 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
3748 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
3749
3750 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
3751 you must provide an appropriate secondary_reload target hook.
3752
3753 @findex can_create_pseudo_p
3754 The macro @code{can_create_pseudo_p} can be used to determine if it
3755 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
3756 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
3757
3758 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
3759 register to any other hard register provided that
3760 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
3761 @code{TARGET_REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value
3762 of 2.
3763
3764 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
3765 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
3766 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
3767 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
3768 point members.
3769
3770 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
3771 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
3772 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
3773 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
3774 floating point registers, then the constraints of the fixed point
3775 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
3776 reload into a floating point register.
3777
3778 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
3779 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
3780 @item @samp{reload_in@var{m}}
3781 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
3782 These named patterns have been obsoleted by the target hook
3783 @code{secondary_reload}.
3784
3785 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
3786 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
3787 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
3788 macro in @pxref{Register Classes}.
3789
3790 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
3791 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
3792 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
3793 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
3794 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
3795 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
3796 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
3797 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
3798 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
3799 for these patterns.
3800
3801 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
3802 @item @samp{movstrict@var{m}}
3803 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
3804 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
3805 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
3806 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
3807
3808 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
3809 @item @samp{movmisalign@var{m}}
3810 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
3811 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
3812 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
3813 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
3814 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
3815
3816 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
3817 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
3818
3819 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
3820 @item @samp{load_multiple}
3821 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
3822 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
3823 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
3824 number of consecutive registers.
3825
3826 Define this only if the target machine really has such an instruction;
3827 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
3828 registers from memory is to do them one at a time.
3829
3830 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
3831 registers can be stored into memory, such as particular starting or
3832 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
3833 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3834 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
3835
3836 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
3837 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
3838 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
3839 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
3840 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
3841
3842 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
3843 @item @samp{store_multiple}
3844 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
3845 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
3846 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
3847 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
3848
3849 @cindex @code{vec_load_lanes@var{m}@var{n}} instruction pattern
3850 @item @samp{vec_load_lanes@var{m}@var{n}}
3851 Perform an interleaved load of several vectors from memory operand 1
3852 into register operand 0.  Both operands have mode @var{m}.  The register
3853 operand is viewed as holding consecutive vectors of mode @var{n},
3854 while the memory operand is a flat array that contains the same number
3855 of elements.  The operation is equivalent to:
3856
3857 @smallexample
3858 int c = GET_MODE_SIZE (@var{m}) / GET_MODE_SIZE (@var{n});
3859 for (j = 0; j < GET_MODE_NUNITS (@var{n}); j++)
3860   for (i = 0; i < c; i++)
3861     operand0[i][j] = operand1[j * c + i];
3862 @end smallexample
3863
3864 For example, @samp{vec_load_lanestiv4hi} loads 8 16-bit values
3865 from memory into a register of mode @samp{TI}@.  The register
3866 contains two consecutive vectors of mode @samp{V4HI}@.
3867
3868 This pattern can only be used if:
3869 @smallexample
3870 TARGET_ARRAY_MODE_SUPPORTED_P (@var{n}, @var{c})
3871 @end smallexample
3872 is true.  GCC assumes that, if a target supports this kind of
3873 instruction for some mode @var{n}, it also supports unaligned
3874 loads for vectors of mode @var{n}.
3875
3876 @cindex @code{vec_store_lanes@var{m}@var{n}} instruction pattern
3877 @item @samp{vec_store_lanes@var{m}@var{n}}
3878 Equivalent to @samp{vec_load_lanes@var{m}@var{n}}, with the memory
3879 and register operands reversed.  That is, the instruction is
3880 equivalent to:
3881
3882 @smallexample
3883 int c = GET_MODE_SIZE (@var{m}) / GET_MODE_SIZE (@var{n});
3884 for (j = 0; j < GET_MODE_NUNITS (@var{n}); j++)
3885   for (i = 0; i < c; i++)
3886     operand0[j * c + i] = operand1[i][j];
3887 @end smallexample
3888
3889 for a memory operand 0 and register operand 1.
3890
3891 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
3892 @item @samp{vec_set@var{m}}
3893 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
3894 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
3895
3896 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
3897 @item @samp{vec_extract@var{m}}
3898 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
3899 specify field index and operand 0 place to store value into.
3900
3901 @cindex @code{vec_extract_even@var{m}} instruction pattern
3902 @item @samp{vec_extract_even@var{m}}
3903 Extract even elements from the input vectors (operand 1 and operand 2).
3904 The even elements of operand 2 are concatenated to the even elements of operand
3905 1 in their original order. The result is stored in operand 0.
3906 The output and input vectors should have the same modes.
3907
3908 @cindex @code{vec_extract_odd@var{m}} instruction pattern
3909 @item @samp{vec_extract_odd@var{m}}
3910 Extract odd elements from the input vectors (operand 1 and operand 2).
3911 The odd elements of operand 2 are concatenated to the odd elements of operand
3912 1 in their original order. The result is stored in operand 0.
3913 The output and input vectors should have the same modes.
3914
3915 @cindex @code{vec_interleave_high@var{m}} instruction pattern
3916 @item @samp{vec_interleave_high@var{m}}
3917 Merge high elements of the two input vectors into the output vector. The output
3918 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The high
3919 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the high
3920 @code{N/2} elements of the second input vector.
3921
3922 @cindex @code{vec_interleave_low@var{m}} instruction pattern
3923 @item @samp{vec_interleave_low@var{m}}
3924 Merge low elements of the two input vectors into the output vector. The output
3925 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The low
3926 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the low
3927 @code{N/2} elements of the second input vector.
3928
3929 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
3930 @item @samp{vec_init@var{m}}
3931 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
3932 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
3933
3934 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
3935 @item @samp{push@var{m}1}
3936 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
3937 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
3938 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
3939 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
3940 method is deprecated.
3941
3942 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
3943 @item @samp{add@var{m}3}
3944 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
3945 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
3946 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
3947
3948 @cindex @code{ssadd@var{m}3} instruction pattern
3949 @cindex @code{usadd@var{m}3} instruction pattern
3950 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
3951 @cindex @code{sssub@var{m}3} instruction pattern
3952 @cindex @code{ussub@var{m}3} instruction pattern
3953 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
3954 @cindex @code{ssmul@var{m}3} instruction pattern
3955 @cindex @code{usmul@var{m}3} instruction pattern
3956 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
3957 @cindex @code{ssdiv@var{m}3} instruction pattern
3958 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
3959 @cindex @code{usdiv@var{m}3} instruction pattern
3960 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
3961 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
3962 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
3963 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
3964 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
3965 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
3966 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
3967 @item @samp{ssadd@var{m}3}, @samp{usadd@var{m}3}
3968 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{sssub@var{m}3}, @samp{ussub@var{m}3}
3969 @item @samp{mul@var{m}3}, @samp{ssmul@var{m}3}, @samp{usmul@var{m}3}
3970 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{ssdiv@var{m}3}
3971 @itemx @samp{udiv@var{m}3}, @samp{usdiv@var{m}3}
3972 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
3973 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
3974 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
3975 Similar, for other arithmetic operations.
3976
3977 @cindex @code{fma@var{m}4} instruction pattern
3978 @item @samp{fma@var{m}4}
3979 Multiply operand 2 and operand 1, then add operand 3, storing the
3980 result in operand 0.  All operands must have mode @var{m}.  This
3981 pattern is used to implement the @code{fma}, @code{fmaf}, and
3982 @code{fmal} builtin functions from the ISO C99 standard.  The
3983 @code{fma} operation may produce different results than doing the
3984 multiply followed by the add if the machine does not perform a
3985 rounding step between the operations.
3986
3987 @cindex @code{fms@var{m}4} instruction pattern
3988 @item @samp{fms@var{m}4}
3989 Like @code{fma@var{m}4}, except operand 3 subtracted from the
3990 product instead of added to the product.  This is represented
3991 in the rtl as
3992
3993 @smallexample
3994 (fma:@var{m} @var{op1} @var{op2} (neg:@var{m} @var{op3}))
3995 @end smallexample
3996
3997 @cindex @code{fnma@var{m}4} instruction pattern
3998 @item @samp{fnma@var{m}4}
3999 Like @code{fma@var{m}4} except that the intermediate product
4000 is negated before being added to operand 3.  This is represented
4001 in the rtl as
4002
4003 @smallexample
4004 (fma:@var{m} (neg:@var{m} @var{op1}) @var{op2} @var{op3})
4005 @end smallexample
4006
4007 @cindex @code{fnms@var{m}4} instruction pattern
4008 @item @samp{fnms@var{m}4}
4009 Like @code{fms@var{m}4} except that the intermediate product
4010 is negated before subtracting operand 3.  This is represented
4011 in the rtl as
4012
4013 @smallexample
4014 (fma:@var{m} (neg:@var{m} @var{op1}) @var{op2} (neg:@var{m} @var{op3}))
4015 @end smallexample
4016
4017 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
4018 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
4019 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
4020 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
4021 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
4022 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
4023
4024 @cindex @code{reduc_smin_@var{m}} instruction pattern
4025 @cindex @code{reduc_smax_@var{m}} instruction pattern
4026 @item @samp{reduc_smin_@var{m}}, @samp{reduc_smax_@var{m}}
4027 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
4028 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
4029 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
4030 modes.
4031
4032 @cindex @code{reduc_umin_@var{m}} instruction pattern
4033 @cindex @code{reduc_umax_@var{m}} instruction pattern
4034 @item @samp{reduc_umin_@var{m}}, @samp{reduc_umax_@var{m}}
4035 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
4036 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
4037 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
4038 modes.
4039
4040 @cindex @code{reduc_splus_@var{m}} instruction pattern
4041 @item @samp{reduc_splus_@var{m}}
4042 Compute the sum of the signed elements of a vector. The vector is operand 1,
4043 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
4044 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
4045
4046 @cindex @code{reduc_uplus_@var{m}} instruction pattern
4047 @item @samp{reduc_uplus_@var{m}}
4048 Compute the sum of the unsigned elements of a vector. The vector is operand 1,
4049 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
4050 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
4051
4052 @cindex @code{sdot_prod@var{m}} instruction pattern
4053 @item @samp{sdot_prod@var{m}}
4054 @cindex @code{udot_prod@var{m}} instruction pattern
4055 @item @samp{udot_prod@var{m}}
4056 Compute the sum of the products of two signed/unsigned elements.
4057 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their product, which is of a
4058 wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode equal or
4059 wider than the mode of the product. The result is placed in operand 0, which
4060 is of the same mode as operand 3.
4061
4062 @cindex @code{ssum_widen@var{m3}} instruction pattern
4063 @item @samp{ssum_widen@var{m3}}
4064 @cindex @code{usum_widen@var{m3}} instruction pattern
4065 @item @samp{usum_widen@var{m3}}
4066 Operands 0 and 2 are of the same mode, which is wider than the mode of
4067 operand 1. Add operand 1 to operand 2 and place the widened result in
4068 operand 0. (This is used express accumulation of elements into an accumulator
4069 of a wider mode.)
4070
4071 @cindex @code{vec_shl_@var{m}} instruction pattern
4072 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
4073 @item @samp{vec_shl_@var{m}}, @samp{vec_shr_@var{m}}
4074 Whole vector left/right shift in bits.
4075 Operand 1 is a vector to be shifted.
4076 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
4077 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
4078 The output and input vectors should have the same modes.
4079
4080 @cindex @code{vec_pack_trunc_@var{m}} instruction pattern
4081 @item @samp{vec_pack_trunc_@var{m}}
4082 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors. Operands 1 and 2
4083 are vectors of the same mode having N integral or floating point elements
4084 of size S@.  Operand 0 is the resulting vector in which 2*N elements of
4085 size N/2 are concatenated after narrowing them down using truncation.
4086
4087 @cindex @code{vec_pack_ssat_@var{m}} instruction pattern
4088 @cindex @code{vec_pack_usat_@var{m}} instruction pattern
4089 @item @samp{vec_pack_ssat_@var{m}}, @samp{vec_pack_usat_@var{m}}
4090 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors.  Operands 1 and 2
4091 are vectors of the same mode having N integral elements of size S.
4092 Operand 0 is the resulting vector in which the elements of the two input
4093 vectors are concatenated after narrowing them down using signed/unsigned
4094 saturating arithmetic.
4095
4096 @cindex @code{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}} instruction pattern
4097 @cindex @code{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}} instruction pattern
4098 @item @samp{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}}, @samp{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}}
4099 Narrow, convert to signed/unsigned integral type and merge the elements
4100 of two vectors.  Operands 1 and 2 are vectors of the same mode having N
4101 floating point elements of size S@.  Operand 0 is the resulting vector
4102 in which 2*N elements of size N/2 are concatenated.
4103
4104 @cindex @code{vec_unpacks_hi_@var{m}} instruction pattern
4105 @cindex @code{vec_unpacks_lo_@var{m}} instruction pattern
4106 @item @samp{vec_unpacks_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_lo_@var{m}}
4107 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of signed
4108 integral or floating point elements.  The input vector (operand 1) has N
4109 elements of size S@.  Widen (promote) the high/low elements of the vector
4110 using signed or floating point extension and place the resulting N/2
4111 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
4112
4113 @cindex @code{vec_unpacku_hi_@var{m}} instruction pattern
4114 @cindex @code{vec_unpacku_lo_@var{m}} instruction pattern
4115 @item @samp{vec_unpacku_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_lo_@var{m}}
4116 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of unsigned
4117 integral elements.  The input vector (operand 1) has N elements of size S.
4118 Widen (promote) the high/low elements of the vector using zero extension and
4119 place the resulting N/2 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
4120
4121 @cindex @code{vec_unpacks_float_hi_@var{m}} instruction pattern
4122 @cindex @code{vec_unpacks_float_lo_@var{m}} instruction pattern
4123 @cindex @code{vec_unpacku_float_hi_@var{m}} instruction pattern
4124 @cindex @code{vec_unpacku_float_lo_@var{m}} instruction pattern
4125 @item @samp{vec_unpacks_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_float_lo_@var{m}}
4126 @itemx @samp{vec_unpacku_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_float_lo_@var{m}}
4127 Extract, convert to floating point type and widen the high/low part of a
4128 vector of signed/unsigned integral elements.  The input vector (operand 1)
4129 has N elements of size S@.  Convert the high/low elements of the vector using
4130 floating point conversion and place the resulting N/2 values of size 2*S in
4131 the output vector (operand 0).
4132
4133 @cindex @code{vec_widen_umult_hi_@var{m}} instruction pattern
4134 @cindex @code{vec_widen_umult_lo__@var{m}} instruction pattern
4135 @cindex @code{vec_widen_smult_hi_@var{m}} instruction pattern
4136 @cindex @code{vec_widen_smult_lo_@var{m}} instruction pattern
4137 @item @samp{vec_widen_umult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_lo_@var{m}}
4138 @itemx @samp{vec_widen_smult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_lo_@var{m}}
4139 Signed/Unsigned widening multiplication.  The two inputs (operands 1 and 2)
4140 are vectors with N signed/unsigned elements of size S@.  Multiply the high/low
4141 elements of the two vectors, and put the N/2 products of size 2*S in the
4142 output vector (operand 0).
4143
4144 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
4145 @item @samp{mulhisi3}
4146 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
4147 a @code{SImode} product in operand 0.
4148
4149 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
4150 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
4151 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
4152 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
4153
4154 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
4155 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
4156 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
4157 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
4158 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
4159 multiplication.
4160
4161 @cindex @code{usmulqihi3} instruction pattern
4162 @cindex @code{usmulhisi3} instruction pattern
4163 @cindex @code{usmulsidi3} instruction pattern
4164 @item @samp{usmulqihi3}, @samp{usmulhisi3}, @samp{usmulsidi3}
4165 Similar widening-multiplication instructions that interpret the first
4166 operand as unsigned and the second operand as signed, then do a signed
4167 multiplication.
4168
4169 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
4170 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
4171 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
4172 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
4173 The least significant half of the product is discarded.
4174
4175 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
4176 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
4177 Similar, but the multiplication is unsigned.
4178
4179 @cindex @code{madd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4180 @item @samp{madd@var{m}@var{n}4}
4181 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, add
4182 operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
4183 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
4184 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
4185 the size of @var{m}.
4186
4187 In other words, @code{madd@var{m}@var{n}4} is like
4188 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also adds operand 3.
4189
4190 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
4191
4192 @cindex @code{umadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4193 @item @samp{umadd@var{m}@var{n}4}
4194 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
4195 operands instead of sign-extending them.
4196
4197 @cindex @code{ssmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4198 @item @samp{ssmadd@var{m}@var{n}4}
4199 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4200 signed-saturating.
4201
4202 @cindex @code{usmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4203 @item @samp{usmadd@var{m}@var{n}4}
4204 Like @code{umadd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4205 unsigned-saturating.
4206
4207 @cindex @code{msub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4208 @item @samp{msub@var{m}@var{n}4}
4209 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, subtract the
4210 result from operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
4211 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
4212 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
4213 the size of @var{m}.
4214
4215 In other words, @code{msub@var{m}@var{n}4} is like
4216 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also subtracts the result
4217 from operand 3.
4218
4219 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
4220
4221 @cindex @code{umsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4222 @item @samp{umsub@var{m}@var{n}4}
4223 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
4224 operands instead of sign-extending them.
4225
4226 @cindex @code{ssmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4227 @item @samp{ssmsub@var{m}@var{n}4}
4228 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4229 signed-saturating.
4230
4231 @cindex @code{usmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4232 @item @samp{usmsub@var{m}@var{n}4}
4233 Like @code{umsub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4234 unsigned-saturating.
4235
4236 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
4237 @item @samp{divmod@var{m}4}
4238 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
4239 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
4240 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
4241
4242 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
4243 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
4244 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
4245 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
4246 and remainder are computed.
4247
4248 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
4249 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
4250 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
4251 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
4252 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
4253
4254 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
4255 @item @samp{udivmod@var{m}4}
4256 Similar, but does unsigned division.
4257
4258 @anchor{shift patterns}
4259 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
4260 @cindex @code{ssashl@var{m}3} instruction pattern
4261 @cindex @code{usashl@var{m}3} instruction pattern
4262 @item @samp{ashl@var{m}3}, @samp{ssashl@var{m}3}, @samp{usashl@var{m}3}
4263 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
4264 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
4265 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
4266 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
4267 mode before generating the instruction.  The meaning of out-of-range shift
4268 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
4269 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.  Operand 2 is always a scalar type.
4270
4271 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
4272 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
4273 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
4274 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
4275 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
4276 Other shift and rotate instructions, analogous to the
4277 @code{ashl@var{m}3} instructions.  Operand 2 is always a scalar type.
4278
4279 @cindex @code{vashl@var{m}3} instruction pattern
4280 @cindex @code{vashr@var{m}3} instruction pattern
4281 @cindex @code{vlshr@var{m}3} instruction pattern
4282 @cindex @code{vrotl@var{m}3} instruction pattern
4283 @cindex @code{vrotr@var{m}3} instruction pattern
4284 @item @samp{vashl@var{m}3}, @samp{vashr@var{m}3}, @samp{vlshr@var{m}3}, @samp{vrotl@var{m}3}, @samp{vrotr@var{m}3}
4285 Vector shift and rotate instructions that take vectors as operand 2
4286 instead of a scalar type.
4287
4288 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
4289 @cindex @code{ssneg@var{m}2} instruction pattern
4290 @cindex @code{usneg@var{m}2} instruction pattern
4291 @item @samp{neg@var{m}2}, @samp{ssneg@var{m}2}, @samp{usneg@var{m}2}
4292 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
4293
4294 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
4295 @item @samp{abs@var{m}2}
4296 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
4297
4298 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
4299 @item @samp{sqrt@var{m}2}
4300 Store the square root of operand 1 into operand 0.
4301
4302 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
4303 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
4304 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4305 type @code{float}.
4306
4307 @cindex @code{fmod@var{m}3} instruction pattern
4308 @item @samp{fmod@var{m}3}
4309 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
4310 operand 0, rounded towards zero to an integer.
4311
4312 The @code{fmod} built-in function of C always uses the mode which
4313 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{fmodf}
4314 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4315 type @code{float}.
4316
4317 @cindex @code{remainder@var{m}3} instruction pattern
4318 @item @samp{remainder@var{m}3}
4319 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
4320 operand 0, rounded to the nearest integer.
4321
4322 The @code{remainder} built-in function of C always uses the mode
4323 which corresponds to the C data type @code{double} and the
4324 @code{remainderf} built-in function uses the mode which corresponds
4325 to the C data type @code{float}.
4326
4327 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
4328 @item @samp{cos@var{m}2}
4329 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
4330
4331 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
4332 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
4333 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4334 type @code{float}.
4335
4336 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
4337 @item @samp{sin@var{m}2}
4338 Store the sine of operand 1 into operand 0.
4339
4340 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
4341 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
4342 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4343 type @code{float}.
4344
4345 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
4346 @item @samp{exp@var{m}2}
4347 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
4348
4349 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
4350 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
4351 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4352 type @code{float}.
4353
4354 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
4355 @item @samp{log@var{m}2}
4356 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
4357
4358 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
4359 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
4360 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4361 type @code{float}.
4362
4363 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
4364 @item @samp{pow@var{m}3}
4365 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
4366 into operand 0.
4367
4368 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
4369 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
4370 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4371 type @code{float}.
4372
4373 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
4374 @item @samp{atan2@var{m}3}
4375 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
4376 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
4377 determine the quadrant of the result.
4378
4379 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
4380 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
4381 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4382 type @code{float}.
4383
4384 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
4385 @item @samp{floor@var{m}2}
4386 Store the largest integral value not greater than argument.
4387
4388 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
4389 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
4390 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4391 type @code{float}.
4392
4393 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
4394 @item @samp{btrunc@var{m}2}
4395 Store the argument rounded to integer towards zero.
4396
4397 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
4398 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
4399 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4400 type @code{float}.
4401
4402 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
4403 @item @samp{round@var{m}2}
4404 Store the argument rounded to integer away from zero.
4405
4406 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
4407 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
4408 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4409 type @code{float}.
4410
4411 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
4412 @item @samp{ceil@var{m}2}
4413 Store the argument rounded to integer away from zero.
4414
4415 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
4416 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
4417 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4418 type @code{float}.
4419
4420 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
4421 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
4422 Store the argument rounded according to the default rounding mode
4423
4424 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
4425 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
4426 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4427 type @code{float}.
4428
4429 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
4430 @item @samp{rint@var{m}2}
4431 Store the argument rounded according to the default rounding mode and
4432 raise the inexact exception when the result differs in value from
4433 the argument
4434
4435 The @code{rint} built-in function of C always uses the mode which
4436 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{rintf}
4437 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4438 type @code{float}.
4439
4440 @cindex @code{lrint@var{m}@var{n}2}
4441 @item @samp{lrint@var{m}@var{n}2}
4442 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4443 point mode @var{n} as a signed number according to the current
4444 rounding mode and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4445
4446 @cindex @code{lround@var{m}@var{n}2}
4447 @item @samp{lround@var{m}@var{n}2}
4448 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4449 point mode @var{n} as a signed number rounding to nearest and away
4450 from zero and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4451
4452 @cindex @code{lfloor@var{m}@var{n}2}
4453 @item @samp{lfloor@var{m}@var{n}2}
4454 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4455 point mode @var{n} as a signed number rounding down and store in
4456 operand 0 (which has mode @var{n}).
4457
4458 @cindex @code{lceil@var{m}@var{n}2}
4459 @item @samp{lceil@var{m}@var{n}2}
4460 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4461 point mode @var{n} as a signed number rounding up and store in
4462 operand 0 (which has mode @var{n}).
4463
4464 @cindex @code{copysign@var{m}3} instruction pattern
4465 @item @samp{copysign@var{m}3}
4466 Store a value with the magnitude of operand 1 and the sign of operand
4467 2 into operand 0.
4468
4469 The @code{copysign} built-in function of C always uses the mode which
4470 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{copysignf}
4471 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4472 type @code{float}.
4473
4474 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
4475 @item @samp{ffs@var{m}2}
4476 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
4477 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
4478 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
4479 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
4480 generating the instruction.
4481
4482 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
4483 corresponds to the C data type @code{int}.
4484
4485 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
4486 @item @samp{clz@var{m}2}
4487 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
4488 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the
4489 @code{CLZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
4490 the result is undefined or has a useful value.
4491 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
4492 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
4493 operand to that mode before generating the instruction.
4494
4495 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
4496 @item @samp{ctz@var{m}2}
4497 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
4498 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the
4499 @code{CTZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
4500 the result is undefined or has a useful value.
4501 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
4502 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
4503 operand to that mode before generating the instruction.
4504
4505 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
4506 @item @samp{popcount@var{m}2}
4507 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
4508 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
4509 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
4510 generating the instruction.
4511
4512 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
4513 @item @samp{parity@var{m}2}
4514 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.e.@: the number of 1-bits
4515 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
4516 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
4517 the operand to that mode before generating the instruction.
4518
4519 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
4520 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
4521 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
4522
4523 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
4524 @item @samp{movmem@var{m}}
4525 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
4526 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
4527 address in mode @code{Pmode}.
4528
4529 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
4530 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
4531 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
4532 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
4533 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
4534 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
4535 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
4536
4537 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4538 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4539 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4540 it may provide the value 4 for this operand.
4541
4542 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4543 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4544 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4545 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
4546 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4547
4548 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
4549 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
4550 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
4551 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
4552 individually moved data units in the block.
4553
4554 These patterns need not give special consideration to the possibility
4555 that the source and destination strings might overlap.
4556
4557 @cindex @code{movstr} instruction pattern
4558 @item @samp{movstr}
4559 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
4560 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
4561 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
4562 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
4563 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
4564 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
4565
4566 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
4567 @item @samp{setmem@var{m}}
4568 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
4569 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
4570 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
4571 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
4572 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
4573 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
4574
4575 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
4576 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
4577 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
4578 operand.
4579
4580 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4581 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4582 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4583 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
4584 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4585
4586 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
4587
4588 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
4589 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
4590 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
4591 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
4592 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4593 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4594 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
4595 at a time since either string may end in the first byte and reading past
4596 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
4597 effect of the instruction is to store a value in operand 0 whose sign
4598 indicates the result of the comparison.
4599
4600 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
4601 @item @samp{cmpstr@var{m}}
4602 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
4603 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
4604 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
4605 @code{Pmode}.
4606
4607 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4608 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4609 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4610 it may provide the value 4 for this operand.
4611
4612 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
4613 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
4614 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
4615 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
4616 cause a fault.  The effect of the instruction is to store a value in operand 0
4617 whose sign indicates the result of the comparison.
4618
4619 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
4620 @item @samp{cmpmem@var{m}}
4621 Block compare instruction, with five operands like the operands
4622 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4623 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4624 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
4625 any bytes in the two memory blocks.  The effect of the instruction is
4626 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
4627 comparison.
4628
4629 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
4630 @item @samp{strlen@var{m}}
4631 Compute the length of a string, with three operands.
4632 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
4633 a @code{mem} referring to the first character of the string,
4634 operand 2 is the character to search for (normally zero),
4635 and operand 3 is a constant describing the known alignment
4636 of the beginning of the string.
4637
4638 @cindex @code{float@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4639 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
4640 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
4641 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4642 @var{n}).
4643
4644 @cindex @code{floatuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4645 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
4646 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
4647 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4648 @var{n}).
4649
4650 @cindex @code{fix@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4651 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
4652 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4653 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
4654 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
4655 the value of operand 1 is an integer.
4656
4657 If the machine description defines this pattern, it also needs to
4658 define the @code{ftrunc} pattern.
4659
4660 @cindex @code{fixuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4661 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
4662 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4663 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
4664 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
4665 value of operand 1 is an integer.
4666
4667 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
4668 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
4669 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
4670 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
4671 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
4672
4673 @cindex @code{fix_trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4674 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
4675 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
4676 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4677
4678 @cindex @code{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4679 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
4680 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
4681 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4682
4683 @cindex @code{trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4684 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
4685 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4686 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4687 point or both floating point.
4688
4689 @cindex @code{extend@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4690 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
4691 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4692 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4693 point or both floating point.
4694
4695 @cindex @code{zero_extend@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4696 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
4697 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4698 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4699 point.
4700
4701 @cindex @code{fract@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4702 @item @samp{fract@var{m}@var{n}2}
4703 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4704 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4705 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
4706 fixed-point to signed integer, floating-point to fixed-point,
4707 or fixed-point to floating-point.
4708 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
4709
4710 @cindex @code{satfract@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4711 @item @samp{satfract@var{m}@var{n}2}
4712 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4713 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4714 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
4715 or floating-point to fixed-point.
4716 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
4717 results to the maximum or the minimum.
4718
4719 @cindex @code{fractuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4720 @item @samp{fractuns@var{m}@var{n}2}
4721 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4722 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4723 could be unsigned integer to fixed-point, or
4724 fixed-point to unsigned integer.
4725 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
4726
4727 @cindex @code{satfractuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4728 @item @samp{satfractuns@var{m}@var{n}2}
4729 Convert unsigned integer operand 1 of mode @var{m} to fixed-point mode
4730 @var{n} and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4731 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
4732 results to the maximum or the minimum.
4733
4734 @cindex @code{extv} instruction pattern
4735 @item @samp{extv}
4736 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
4737 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
4738 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
4739 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
4740 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
4741 be valid for @code{word_mode}.
4742
4743 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4744 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
4745
4746 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
4747 before it is stored in operand 0.
4748
4749 @cindex @code{extzv} instruction pattern
4750 @item @samp{extzv}
4751 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
4752
4753 @cindex @code{insv} instruction pattern
4754 @item @samp{insv}
4755 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
4756 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
4757 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
4758 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
4759 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
4760
4761 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4762 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
4763
4764 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
4765 @item @samp{mov@var{mode}cc}
4766 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
4767 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
4768 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
4769
4770 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
4771 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
4772 conditionally move an integer value based on the floating point condition
4773 codes and vice versa.
4774
4775 If the machine does not have conditional move instructions, do not
4776 define these patterns.
4777
4778 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
4779 @item @samp{add@var{mode}cc}
4780 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
4781 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
4782 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
4783 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
4784
4785 @cindex @code{cstore@var{mode}4} instruction pattern
4786 @item @samp{cstore@var{mode}4}
4787 Store zero or nonzero in operand 0 according to whether a comparison
4788 is true.  Operand 1 is a comparison operator.  Operand 2 and operand 3
4789 are the first and second operand of the comparison, respectively.
4790 You specify the mode that operand 0 must have when you write the
4791 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees which
4792 mode you have used and supplies an operand of that mode.
4793
4794 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
4795 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
4796 you should omit it from the machine description.  You describe to the
4797 compiler exactly which value is stored by defining the macro
4798 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
4799 found that can be used for all the possible comparison operators, you
4800 should pick one and use a @code{define_expand} to map all results
4801 onto the one you chose.
4802
4803 These operations may @code{FAIL}, but should do so only in relatively
4804 uncommon cases; if they would @code{FAIL} for common cases involving
4805 integer comparisons, it is best to restrict the predicates to not
4806 allow these operands.  Likewise if a given comparison operator will
4807 always fail, independent of the operands (for floating-point modes, the
4808 @code{ordered_comparison_operator} predicate is often useful in this case).
4809
4810 If this pattern is omitted, the compiler will generate a conditional
4811 branch---for example, it may copy a constant one to the target and branching
4812 around an assignment of zero to the target---or a libcall.  If the predicate
4813 for operand 1 only rejects some operators, it will also try reordering the
4814 operands and/or inverting the result value (e.g.@: by an exclusive OR).
4815 These possibilities could be cheaper or equivalent to the instructions
4816 used for the @samp{cstore@var{mode}4} pattern followed by those required
4817 to convert a positive result from @code{STORE_FLAG_VALUE} to 1; in this
4818 case, you can and should make operand 1's predicate reject some operators
4819 in the @samp{cstore@var{mode}4} pattern, or remove the pattern altogether
4820 from the machine description.
4821
4822 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
4823 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
4824 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
4825 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
4826 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
4827 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
4828
4829 @cindex @code{jump} instruction pattern
4830 @item @samp{jump}
4831 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
4832 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
4833 on all machines.
4834
4835 @cindex @code{call} instruction pattern
4836 @item @samp{call}
4837 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
4838 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
4839 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
4840 operands.
4841
4842 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
4843 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
4844 to put this information into the assembler code; they can put it in
4845 the RTL instead of operand 1.
4846
4847 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
4848 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
4849 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
4850 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
4851 instruction, the pattern for this operation should be a
4852 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
4853 address into a register and uses that register in the call instruction.
4854
4855 @cindex @code{call_value} instruction pattern
4856 @item @samp{call_value}
4857 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
4858 register in which the value is returned.  There are three more
4859 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
4860 instruction (but with numbers increased by one).
4861
4862 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
4863 insn.
4864
4865 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
4866 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
4867 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
4868 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
4869 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
4870 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
4871 adjustment made to the frame pointer.
4872
4873 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
4874 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
4875 can be eliminated, if desired.
4876
4877 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
4878 @item @samp{untyped_call}
4879 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
4880 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
4881 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
4882 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4883 the saving of a function return value into the result block.
4884
4885 This instruction pattern should be defined to support
4886 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
4887 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
4888 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
4889 multiple registers that can hold a return value
4890 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
4891
4892 @cindex @code{return} instruction pattern
4893 @item @samp{return}
4894 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
4895 defined only if a single instruction can do all the work of returning
4896 from a function.
4897
4898 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
4899 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
4900 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
4901 some class of functions only requires one instruction to implement a
4902 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
4903 to save any registers or allocate stack space.
4904
4905 @findex reload_completed
4906 @findex leaf_function_p
4907 For such machines, the condition specified in this pattern should only
4908 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
4909 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
4910 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
4911 a register window push is required.
4912
4913 Machines that have conditional return instructions should define patterns
4914 such as
4915
4916 @smallexample
4917 (define_insn ""
4918   [(set (pc)
4919         (if_then_else (match_operator
4920                          0 "comparison_operator"
4921                          [(cc0) (const_int 0)])
4922                       (return)
4923                       (pc)))]
4924   "@var{condition}"
4925   "@dots{}")
4926 @end smallexample
4927
4928 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
4929 named @samp{return} pattern.
4930
4931 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
4932 @item @samp{untyped_return}
4933 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
4934 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
4935 instructions are needed to return a value of any type.
4936
4937 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
4938 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
4939 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4940 the restoring of a function return value from the result block.
4941
4942 @cindex @code{nop} instruction pattern
4943 @item @samp{nop}
4944 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
4945 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
4946 RTL pattern.
4947
4948 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
4949 @item @samp{indirect_jump}
4950 An instruction to jump to an address which is operand zero.
4951 This pattern name is mandatory on all machines.
4952
4953 @cindex @code{casesi} instruction pattern
4954 @item @samp{casesi}
4955 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
4956 This instruction takes five operands:
4957
4958 @enumerate
4959 @item
4960 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
4961
4962 @item
4963 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
4964
4965 @item
4966 The total range of indices in the table---the largest index
4967 minus the smallest one (both inclusive).
4968
4969 @item
4970 A label that precedes the table itself.
4971
4972 @item
4973 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
4974 @end enumerate
4975
4976 The table is an @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
4977 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
4978 difference between the upper bound and the lower bound.
4979
4980 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
4981 @item @samp{tablejump}
4982 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
4983 capability which can be used to implement a dispatch table when there
4984 is no @samp{casesi} pattern.
4985
4986 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
4987 which should immediately precede the jump table.  If the macro
4988 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
4989 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
4990 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
4991 mode @code{Pmode}.
4992
4993 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
4994 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
4995 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
4996 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
4997
4998
4999 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
5000 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
5001 Conditional branch instruction that decrements a register and
5002 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
5003 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
5004 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
5005
5006 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
5007 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
5008 reduction is enabled.
5009
5010 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
5011 @item @samp{doloop_end}
5012 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
5013 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
5014 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
5015 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
5016 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
5017 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
5018 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
5019 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
5020 @xref{Looping Patterns}.
5021
5022 This optional instruction pattern should be defined for machines with
5023 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
5024 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
5025 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
5026 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
5027 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
5028 too large for this instruction, make it fail.
5029
5030 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
5031 @item @samp{doloop_begin}
5032 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
5033 need to perform some initialization, such as loading special registers
5034 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
5035 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
5036 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
5037
5038
5039 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
5040 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
5041 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
5042 into operand 0.
5043
5044 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
5045 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
5046 and also has mode @code{Pmode}.
5047
5048 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
5049 the address of the function which would be called if the function
5050 pointer were used in an indirect call.
5051
5052 Only define this pattern if function pointers on the target machine
5053 can have different values but still call the same function when
5054 used in an indirect call.
5055
5056 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
5057 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
5058 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
5059 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
5060 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
5061 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
5062 @item @samp{save_stack_block}
5063 @itemx @samp{save_stack_function}
5064 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
5065 @itemx @samp{restore_stack_block}
5066 @itemx @samp{restore_stack_function}
5067 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
5068 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
5069 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
5070 such machines.
5071
5072 Some machines require special handling for stack pointer saves and
5073 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
5074 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
5075 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
5076 saves and restores are:
5077
5078 @enumerate
5079 @item
5080 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
5081 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
5082 restores the stack pointer when the block is exited.
5083
5084 @item
5085 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
5086 similar job for the outermost block of a function and are used when the
5087 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
5088 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
5089 restore sequence on some machines.
5090
5091 @item
5092 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
5093 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
5094 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
5095 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
5096 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
5097 and restoring additional data such as register window information or
5098 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
5099 such required data.
5100 @end enumerate
5101
5102 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
5103 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
5104 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
5105 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
5106 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
5107 for a particular type of save (either because no save is needed or
5108 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
5109 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
5110 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
5111 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
5112
5113 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
5114 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
5115 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
5116
5117 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
5118 @item @samp{allocate_stack}
5119 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
5120 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
5121
5122 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
5123 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
5124 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
5125 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
5126 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
5127 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
5128 stack is free.
5129
5130 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
5131 Some machines require other operations such as stack probes or
5132 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
5133 operations in addition to updating the stack pointer.
5134
5135 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
5136 @item @samp{check_stack}
5137 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) cannot be done on your system by
5138 probing the stack, define this pattern to perform the needed check and signal
5139 an error if the stack has overflowed.  The single operand is the address in
5140 the stack farthest from the current stack pointer that you need to validate.
5141 Normally, on platforms where this pattern is needed, you would obtain the
5142 stack limit from a global or thread-specific variable or register.
5143
5144 @cindex @code{probe_stack} instruction pattern
5145 @item @samp{probe_stack}
5146 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) can be done on your system by
5147 probing the stack but doing it with a ``store zero'' instruction is not valid
5148 or optimal, define this pattern to do the probing differently and signal an
5149 error if the stack has overflowed.  The single operand is the memory reference
5150 in the stack that needs to be probed.
5151
5152 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
5153 @item @samp{nonlocal_goto}
5154 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
5155 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
5156 each representing a value to be used in the jump.  The first
5157 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
5158 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
5159 the third is the address of a location where the stack is saved,
5160 and the last is the address of the label, to be placed in the
5161 location for the incoming static chain.
5162
5163 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
5164 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
5165 and static chain, restore the stack (using the
5166 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
5167 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
5168 not work on your machine.
5169
5170 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
5171 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
5172 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
5173 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
5174 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
5175 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
5176 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
5177 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
5178 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
5179 There are no arguments.
5180
5181 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
5182 @item @samp{exception_receiver}
5183 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
5184 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
5185 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
5186 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
5187 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
5188 an exception.  There are no arguments.
5189
5190 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
5191 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
5192 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
5193 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
5194 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
5195 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
5196 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
5197 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
5198 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
5199 the first three are normally used by the generic mechanism.
5200
5201 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
5202 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
5203 This pattern, if defined, contains code needed at the site of a
5204 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
5205 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
5206 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
5207 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
5208 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
5209 at a small offset from that label.
5210
5211 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
5212 @item @samp{builtin_longjmp}
5213 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
5214 You will not normally need to define this pattern unless you also define
5215 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
5216 @code{jmp_buf}.
5217
5218 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
5219 @item @samp{eh_return}
5220 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
5221 and thence the call frame exception handling library routines, are
5222 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
5223 the abnormal return path.
5224
5225 The address of the exception handler to which the function should return
5226 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
5227 the pattern to some special register or memory location.
5228 If the pattern needs to determine the location of the target call
5229 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
5230 if defined; it will have already been assigned.
5231
5232 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
5233 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
5234 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
5235 handling is to be used.
5236
5237 @cindex @code{prologue} instruction pattern
5238 @anchor{prologue instruction pattern}
5239 @item @samp{prologue}
5240 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
5241 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
5242 pointer register, saving callee saved registers, etc.
5243
5244 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
5245 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
5246
5247 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
5248 instruction scheduling.
5249
5250 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
5251 @anchor{epilogue instruction pattern}
5252 @item @samp{epilogue}
5253 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
5254 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
5255 registers and emitting the return instruction.
5256
5257 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
5258 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
5259
5260 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
5261 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
5262
5263 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
5264 @item @samp{sibcall_epilogue}
5265 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
5266 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
5267 sibling call (aka tail call) sites.
5268
5269 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
5270 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
5271 function.
5272
5273 @cindex @code{trap} instruction pattern
5274 @item @samp{trap}
5275 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
5276 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
5277 front end to signal `invalid array index' exceptions.
5278
5279 @cindex @code{ctrap@var{MM}4} instruction pattern
5280 @item @samp{ctrap@var{MM}4}
5281 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
5282 performs a comparison, and operands 1 and 2 are the arms of the
5283 comparison.  Operand 3 is the trap code, an integer.
5284
5285 A typical @code{ctrap} pattern looks like
5286
5287 @smallexample
5288 (define_insn "ctrapsi4"
5289   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
5290              [(match_operand 1 "register_operand")
5291               (match_operand 2 "immediate_operand")])
5292             (match_operand 3 "const_int_operand" "i"))]
5293   ""
5294   "@dots{}")
5295 @end smallexample
5296
5297 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
5298 @item @samp{prefetch}
5299
5300 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
5301 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
5302 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
5303 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
5304 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
5305 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
5306 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
5307 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
5308 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
5309
5310 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
5311 the values of operands 1 and 2.
5312
5313 @cindex @code{blockage} instruction pattern
5314 @item @samp{blockage}
5315
5316 This pattern defines a pseudo insn that prevents the instruction
5317 scheduler from moving instructions across the boundary defined by the
5318 blockage insn.  Normally an UNSPEC_VOLATILE pattern.
5319
5320 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
5321 @item @samp{memory_barrier}
5322
5323 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
5324 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
5325 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
5326 This pattern has no operands.
5327
5328 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
5329 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
5330
5331 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
5332 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
5333 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
5334 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
5335 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
5336 of the operation; it should contain the contents of the memory
5337 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
5338 a copy of operand 2.
5339
5340 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
5341
5342 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5343 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5344 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5345 after the atomic operation.
5346
5347 For targets where the success or failure of the compare-and-swap
5348 operation is available via the status flags, it is possible to
5349 avoid a separate compare operation and issue the subsequent
5350 branch or store-flag operation immediately after the compare-and-swap.
5351 To this end, GCC will look for a @code{MODE_CC} set in the
5352 output of @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}; if the machine
5353 description includes such a set, the target should also define special
5354 @code{cbranchcc4} and/or @code{cstorecc4} instructions.  GCC will then
5355 be able to take the destination of the @code{MODE_CC} set and pass it
5356 to the @code{cbranchcc4} or @code{cstorecc4} pattern as the first
5357 operand of the comparison (the second will be @code{(const_int 0)}).
5358
5359 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
5360 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
5361 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
5362 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
5363 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
5364 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
5365 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
5366 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
5367 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
5368
5369 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
5370 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
5371 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
5372
5373 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5374 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5375 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5376 after the atomic operation.
5377
5378 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
5379 from a compare-and-swap operation, if defined.
5380
5381 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
5382 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
5383 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
5384 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
5385 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
5386 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
5387 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
5388 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
5389 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
5390
5391 These patterns are emit code for an atomic operation on memory,
5392 and return the value that the memory contained before the operation.
5393 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
5394 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
5395 to the binary operator.
5396
5397 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5398 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5399 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5400 after the atomic operation.
5401
5402 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
5403 from a compare-and-swap operation, if defined.
5404
5405 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
5406 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
5407 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
5408 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
5409 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
5410 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
5411 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
5412 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
5413 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
5414
5415 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
5416 except that they return the value that exists in the memory location
5417 after the operation, rather than before the operation.
5418
5419 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
5420 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
5421
5422 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
5423 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
5424 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
5425 is the value to set in the lock.
5426
5427 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
5428 which the previous value in memory operand is copied into the result
5429 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
5430
5431 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
5432 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
5433 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
5434 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
5435 The true contents of the memory operand are implementation defined.
5436
5437 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
5438 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
5439 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
5440
5441 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
5442 a compare-and-swap operation, if defined.
5443
5444 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
5445 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
5446
5447 This pattern, if defined, releases a lock set by
5448 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
5449 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
5450
5451 If the target doesn't implement full semantics for
5452 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
5453 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
5454 of the memory operand are implementation defined.
5455
5456 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
5457 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
5458 released only after all previous memory operations have completed.
5459
5460 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
5461 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
5462
5463 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
5464 @item @samp{stack_protect_set}
5465
5466 This pattern, if defined, moves a @code{Pmode} value from the memory
5467 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
5468 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
5469 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
5470 having clobbered it.
5471
5472 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
5473
5474 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
5475 @item @samp{stack_protect_test}
5476
5477 This pattern, if defined, compares a @code{Pmode} value from the
5478 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
5479 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
5480 weren't equal.
5481
5482 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
5483 conditional branch pattern is used.
5484
5485 @cindex @code{clear_cache} instruction pattern
5486 @item @samp{clear_cache}
5487
5488 This pattern, if defined, flushes the instruction cache for a region of
5489 memory.  The region is bounded to by the Pmode pointers in operand 0
5490 inclusive and operand 1 exclusive.
5491
5492 If this pattern is not defined, a call to the library function
5493 @code{__clear_cache} is used.
5494
5495 @end table
5496
5497 @end ifset
5498 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
5499 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
5500 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
5501 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
5502 @ifset INTERNALS
5503 @node Pattern Ordering
5504 @section When the Order of Patterns Matters
5505 @cindex Pattern Ordering
5506 @cindex Ordering of Patterns
5507
5508 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
5509 pattern that appears first in the machine description is the one used.
5510 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
5511 and faster instructions (those that will produce better code when they
5512 do match) should usually go first in the description.
5513
5514 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
5515 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
5516 instruction for converting a fullword to floating point and another
5517 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
5518 an integer to floating point could match either one.  We put the
5519 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
5520 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
5521 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
5522 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
5523 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
5524 constant value.
5525
5526 @end ifset
5527 @ifset INTERNALS
5528 @node Dependent Patterns
5529 @section Interdependence of Patterns
5530 @cindex Dependent Patterns
5531 @cindex Interdependence of Patterns
5532
5533 In some cases machines support instructions identical except for the
5534 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
5535 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
5536 patterns are
5537
5538 @smallexample
5539 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
5540      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
5541
5542 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
5543      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
5544 @end smallexample
5545
5546 @noindent
5547 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
5548 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
5549 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
5550 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
5551 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
5552 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
5553
5554 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
5555 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
5556 compilations.
5557
5558 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
5559 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
5560 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
5561 you should not provide separate patterns for increment and decrement
5562 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
5563 that supports register-register add insns by examining the operands and
5564 generating the appropriate machine instruction.
5565
5566 @end ifset
5567 @ifset INTERNALS
5568 @node Jump Patterns
5569 @section Defining Jump Instruction Patterns
5570 @cindex jump instruction patterns
5571 @cindex defining jump instruction patterns
5572
5573 GCC does not assume anything about how the machine realizes jumps.
5574 The machine description should define a single pattern, usually
5575 a @code{define_expand}, which expands to all the required insns.
5576
5577 Usually, this would be a comparison insn to set the condition code
5578 and a separate branch insn testing the condition code and branching
5579 or not according to its value.  For many machines, however,
5580 separating compares and branches is limiting, which is why the
5581 more flexible approach with one @code{define_expand} is used in GCC.
5582 The machine description becomes clearer for architectures that
5583 have compare-and-branch instructions but no condition code.  It also
5584 works better when different sets of comparison operators are supported
5585 by different kinds of conditional branches (e.g. integer vs. floating-point),
5586 or by conditional branches with respect to conditional stores.
5587
5588 Two separate insns are always used if the machine description represents
5589 a condition code register using the legacy RTL expression @code{(cc0)},
5590 and on most machines that use a separate condition code register
5591 (@pxref{Condition Code}).  For machines that use @code{(cc0)}, in
5592 fact, the set and use of the condition code must be separate and
5593 adjacent@footnote{@code{note} insns can separate them, though.}, thus
5594 allowing flags in @code{cc_status} to be used (@pxref{Condition Code}) and
5595 so that the comparison and branch insns could be located from each other
5596 by using the functions @code{prev_cc0_setter} and @code{next_cc0_user}.
5597
5598 Even in this case having a single entry point for conditional branches
5599 is advantageous, because it handles equally well the case where a single
5600 comparison instruction records the results of both signed and unsigned
5601 comparison of the given operands (with the branch insns coming in distinct
5602 signed and unsigned flavors) as in the x86 or SPARC, and the case where
5603 there are distinct signed and unsigned compare instructions and only
5604 one set of conditional branch instructions as in the PowerPC.
5605
5606 @end ifset
5607 @ifset INTERNALS
5608 @node Looping Patterns
5609 @section Defining Looping Instruction Patterns
5610 @cindex looping instruction patterns
5611 @cindex defining looping instruction patterns
5612
5613 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
5614 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
5615 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
5616 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
5617 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
5618 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
5619 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
5620 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
5621 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
5622 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
5623 the jump.
5624
5625 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
5626 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
5627 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
5628 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
5629 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
5630 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
5631 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
5632 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
5633 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
5634 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
5635 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
5636 following for its @code{dbra} instruction:
5637
5638 @smallexample
5639 @group
5640 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5641   [(set (pc)
5642         (if_then_else
5643           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5644                        (const_int -1))
5645               (const_int 0))
5646           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5647           (pc)))
5648    (set (match_dup 0)
5649         (plus:SI (match_dup 0)
5650                  (const_int -1)))]
5651   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5652   "@dots{}")
5653 @end group
5654 @end smallexample
5655
5656 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
5657 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
5658 since this insn is generated by the instruction combination phase
5659 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
5660 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
5661 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
5662 pattern will not be matched by the combiner.
5663
5664 @smallexample
5665 @group
5666 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5667   [(set (pc)
5668         (if_then_else
5669           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5670               (const_int 1))
5671           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5672           (pc)))
5673    (set (match_dup 0)
5674         (plus:SI (match_dup 0)
5675                  (const_int -1)))]
5676   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5677   "@dots{}")
5678 @end group
5679 @end smallexample
5680
5681 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
5682 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
5683 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
5684 information collected during strength reduction.
5685
5686 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
5687 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
5688 is an optional companion pattern that can be used for initialization
5689 needed for some low-overhead looping instructions.
5690
5691 Note that some machines require the actual looping instruction to be
5692 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
5693 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
5694 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
5695 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
5696 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
5697 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
5698 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
5699 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
5700 desired special iteration counter register was not allocated, this
5701 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
5702 instruction pair.
5703
5704 The essential difference between the
5705 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
5706 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
5707 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
5708 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
5709 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
5710 may become redundant and removed by the flow pass.
5711
5712
5713 @end ifset
5714 @ifset INTERNALS
5715 @node Insn Canonicalizations
5716 @section Canonicalization of Instructions
5717 @cindex canonicalization of instructions
5718 @cindex insn canonicalization
5719
5720 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
5721 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
5722 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
5723 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
5724 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
5725 number of insn patterns required.
5726
5727 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
5728 are performed:
5729
5730 @itemize @bullet
5731 @item
5732 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
5733 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
5734 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
5735 be supplied.
5736
5737 @item
5738 For associative operators, a sequence of operators will always chain
5739 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
5740 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
5741 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
5742 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
5743 floating-point.
5744
5745 @item
5746 @cindex @code{neg}, canonicalization of
5747 @cindex @code{not}, canonicalization of
5748 @cindex @code{mult}, canonicalization of
5749 @cindex @code{plus}, canonicalization of
5750 @cindex @code{minus}, canonicalization of
5751 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
5752 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
5753 first operand.
5754
5755 @item
5756 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
5757 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
5758 the operations as far as possible.  For instance,
5759 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
5760 @code{(plus (mult (neg B) C) A)} is canonicalized as
5761 @code{(minus A (mult B C))}.
5762
5763 @cindex @code{compare}, canonicalization of
5764 @item
5765 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
5766 if the first argument is a condition code register or @code{(cc0)}.
5767
5768 @item
5769 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
5770 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
5771 above.
5772
5773 @item
5774 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{b})} is converted to
5775 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{a})}. Likewise with @code{geu} instead
5776 of @code{ltu}.
5777
5778 @item
5779 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
5780 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
5781
5782 @item
5783 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
5784 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
5785
5786 @cindex @code{ior}, canonicalization of
5787 @cindex @code{and}, canonicalization of
5788 @cindex De Morgan's law
5789 @item
5790 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
5791 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
5792 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
5793
5794 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
5795 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
5796 for that instruction as
5797
5798 @smallexample
5799 (define_insn ""
5800   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5801         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5802                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
5803   "@dots{}"
5804   "@dots{}")
5805 @end smallexample
5806
5807 @noindent
5808 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
5809
5810 @smallexample
5811 (define_insn ""
5812   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5813         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5814                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
5815   "@dots{}"
5816   "@dots{}")
5817 @end smallexample
5818
5819 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
5820 logically equivalent RTL expressions.
5821
5822 @cindex @code{xor}, canonicalization of
5823 @item
5824 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
5825 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
5826 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
5827
5828 @item
5829 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
5830 the form
5831
5832 @smallexample
5833 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
5834 @end smallexample
5835
5836 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
5837 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
5838 @item
5839 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
5840 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
5841 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
5842
5843 @end itemize
5844
5845 Further canonicalization rules are defined in the function
5846 @code{commutative_operand_precedence} in @file{gcc/rtlanal.c}.
5847
5848 @end ifset
5849 @ifset INTERNALS
5850 @node Expander Definitions
5851 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
5852 @cindex expander definitions
5853 @cindex code generation RTL sequences
5854 @cindex defining RTL sequences for code generation
5855
5856 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
5857 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
5858 represent them.  For these target machines, you can write a
5859 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
5860
5861 @findex define_expand
5862 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
5863 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
5864 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
5865
5866 A @code{define_expand} RTX has four operands:
5867
5868 @itemize @bullet
5869 @item
5870 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
5871 use for it is to refer to it by name.
5872
5873 @item
5874 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
5875 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
5876 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
5877
5878 @item
5879 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
5880 used to express how the availability of this pattern depends on
5881 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
5882 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
5883 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
5884 depend on the data in the insn being matched, but only the
5885 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
5886 during initialization in order to learn exactly which named instructions
5887 are available in a particular run.
5888
5889 @item
5890 The preparation statements, a string containing zero or more C
5891 statements which are to be executed before RTL code is generated from
5892 the RTL template.
5893
5894 Usually these statements prepare temporary registers for use as
5895 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
5896 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
5897 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
5898 @end itemize
5899
5900 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
5901 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
5902 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
5903 it.
5904
5905 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
5906 also describes the operands that need to be specified when this pattern
5907 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
5908
5909 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
5910 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
5911 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
5912 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
5913 information to preload the operand into a register if that is required for
5914 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
5915 references should use @code{match_dup}.
5916
5917 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
5918 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
5919 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
5920 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
5921 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
5922 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
5923 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
5924 compute the values and store them into the appropriate elements of
5925 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
5926
5927 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
5928 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
5929 as a statement.
5930
5931 @table @code
5932
5933 @findex DONE
5934 @item DONE
5935 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
5936 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
5937 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
5938 preparation statements; the RTL template will not be generated.
5939
5940 @findex FAIL
5941 @item FAIL
5942 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
5943 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
5944 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
5945
5946 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
5947 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
5948 operations.
5949 @end table
5950
5951 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
5952 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
5953 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
5954 insn.
5955
5956 The RTL template is not used for matching, only for generating the
5957 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
5958 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
5959 list of operands, such as this example:
5960
5961 @smallexample
5962 @group
5963 (define_expand "addsi3"
5964   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5965    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
5966    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
5967 @end group
5968 @group
5969   ""
5970   "
5971 @{
5972   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
5973   DONE;
5974 @}")
5975 @end group
5976 @end smallexample
5977
5978 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
5979
5980 @smallexample
5981 @group
5982 (define_expand "ashlsi3"
5983   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5984         (ashift:SI
5985 @end group
5986 @group
5987           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
5988           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
5989   ""
5990   "
5991 @end group
5992 @end smallexample
5993
5994 @smallexample
5995 @group
5996 @{
5997   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
5998       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
5999     FAIL;
6000 @}")
6001 @end group
6002 @end smallexample
6003
6004 @noindent
6005 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
6006 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
6007 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
6008 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
6009 library call).
6010
6011 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
6012 patterns with names, then it would be possible to use a
6013 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
6014 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
6015
6016 @smallexample
6017 (define_expand "zero_extendhisi2"
6018   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
6019         (const_int 0))
6020    (set (strict_low_part
6021           (subreg:HI
6022             (match_dup 0)
6023             0))
6024         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
6025   ""
6026   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
6027 @end smallexample
6028
6029 @noindent
6030 @findex make_safe_from
6031 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
6032 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
6033 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
6034 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
6035 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
6036 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
6037 by emitting another RTL insn.
6038
6039 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
6040 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
6041 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
6042 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
6043 on this machine.  So it must be copied into a register with
6044 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
6045
6046 @smallexample
6047 (define_expand "zero_extendhisi2"
6048   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6049         (and:SI (subreg:SI
6050                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
6051                   0)
6052                 (match_dup 2)))]
6053   ""
6054   "operands[2]
6055      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
6056 @end smallexample
6057
6058 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
6059 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
6060 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
6061 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
6062 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
6063 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
6064 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
6065 in the compiler.
6066
6067 @end ifset
6068 @ifset INTERNALS
6069 @node Insn Splitting
6070 @section Defining How to Split Instructions
6071 @cindex insn splitting
6072 @cindex instruction splitting
6073 @cindex splitting instructions
6074
6075 There are two cases where you should specify how to split a pattern
6076 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
6077 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
6078 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
6079 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
6080 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
6081 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
6082 cannot be placed into a delay slot.
6083
6084 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
6085 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
6086 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
6087 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
6088 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
6089 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
6090 scheduling.
6091
6092 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
6093 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
6094 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
6095 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
6096 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
6097 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
6098 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
6099 split the addition into two insns is machine-dependent.
6100
6101 @findex define_split
6102 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
6103 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
6104
6105 @smallexample
6106 (define_split
6107   [@var{insn-pattern}]
6108   "@var{condition}"
6109   [@var{new-insn-pattern-1}
6110    @var{new-insn-pattern-2}
6111    @dots{}]
6112   "@var{preparation-statements}")
6113 @end smallexample
6114
6115 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
6116 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
6117 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
6118 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
6119 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
6120 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
6121
6122 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
6123 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
6124 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
6125 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
6126 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
6127 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
6128 must not allocate any space in the stack frame.
6129
6130 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
6131 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
6132 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
6133 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
6134 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
6135 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
6136 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
6137 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
6138 of those definitions.
6139
6140 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
6141 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
6142 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
6143
6144 @smallexample
6145 (define_split
6146   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
6147         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
6148   ""
6149   [(set (match_dup 0)
6150         (ashift:SI (match_dup 1)
6151                    (const_int 16)))
6152    (set (match_dup 0)
6153         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
6154                      (const_int 16)))]
6155   "
6156 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
6157 @end smallexample
6158
6159 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
6160 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
6161 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
6162 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
6163 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
6164 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
6165 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
6166 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
6167 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
6168 @code{define_split} that will never produce insns that match).
6169
6170 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
6171 @file{rs6000.md}:
6172
6173 @smallexample
6174 (define_split
6175   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
6176         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
6177                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
6178   ""
6179   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
6180    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
6181 "
6182 @{
6183   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
6184   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
6185
6186   if (low & 0x8000)
6187     high++, low |= 0xffff0000;
6188
6189   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
6190   operands[4] = GEN_INT (low);
6191 @}")
6192 @end smallexample
6193
6194 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
6195 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
6196 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
6197 can be substituted into the address of a subsequent operation.
6198
6199 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
6200 an equality comparison of a register and a large constant:
6201
6202 @smallexample
6203 (define_split
6204   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
6205         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
6206                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
6207    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
6208   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
6209    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
6210        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
6211   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
6212    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
6213   "
6214 @{
6215   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
6216      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
6217      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
6218
6219   int c = INTVAL (operands[2]);
6220   int sextc = (c << 16) >> 16;
6221   int xorv = c ^ sextc;
6222
6223   operands[4] = GEN_INT (xorv);
6224   operands[5] = GEN_INT (sextc);
6225 @}")
6226 @end smallexample
6227
6228 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
6229 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
6230 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
6231 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
6232 are not valid.
6233
6234 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
6235 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
6236 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
6237 several restriction apply.
6238
6239 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
6240 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
6241 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
6242 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
6243 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
6244 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
6245 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
6246 it was a simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
6247 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
6248 forward jumps to the newly created labels.
6249
6250 @findex define_insn_and_split
6251 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
6252 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
6253 this:
6254
6255 @smallexample
6256 (define_insn_and_split
6257   [@var{insn-pattern}]
6258   "@var{condition}"
6259   "@var{output-template}"
6260   "@var{split-condition}"
6261   [@var{new-insn-pattern-1}
6262    @var{new-insn-pattern-2}
6263    @dots{}]
6264   "@var{preparation-statements}"
6265   [@var{insn-attributes}])
6266
6267 @end smallexample
6268
6269 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
6270 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
6271 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
6272 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
6273 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
6274 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
6275 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
6276 from i386.md:
6277
6278 @smallexample
6279 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
6280   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
6281      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
6282    (clobber (reg:CC 17))]
6283   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
6284   "#"
6285   "&& reload_completed"
6286   [(parallel [(set (match_dup 0)
6287                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
6288               (clobber (reg:CC 17))])]
6289   ""
6290   [(set_attr "type" "alu1")])
6291
6292 @end smallexample
6293
6294 In this case, the actual split condition will be
6295 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
6296
6297 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
6298 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
6299 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
6300 having to ensure the two patterns' templates match.
6301
6302 @end ifset
6303 @ifset INTERNALS
6304 @node Including Patterns
6305 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
6306 @cindex insn includes
6307
6308 @findex include
6309 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
6310 look for patterns that are in files other than in the file
6311 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
6312
6313 It looks like:
6314
6315 @smallexample
6316
6317 (include
6318   @var{pathname})
6319 @end smallexample
6320
6321 For example:
6322
6323 @smallexample
6324
6325 (include "filestuff")
6326
6327 @end smallexample
6328
6329 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
6330 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
6331 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
6332
6333
6334 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
6335 and placed into subdirectories.
6336
6337 By specifying:
6338
6339 @smallexample
6340
6341 (include "BOGUS/filestuff")
6342
6343 @end smallexample
6344
6345 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
6346
6347 Specifying an absolute path for the include file such as;
6348 @smallexample
6349
6350 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
6351
6352 @end smallexample
6353 is permitted but is not encouraged.
6354
6355 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
6356 @cindex directory options .md
6357 @cindex options, directory search
6358 @cindex search options
6359
6360 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
6361 For example:
6362
6363 @smallexample
6364
6365 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
6366
6367 @end smallexample
6368
6369
6370 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
6371 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
6372 file, substituting your own version, since these directories are
6373 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
6374 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
6375 order; the standard default directory come after.
6376
6377
6378 @end ifset
6379 @ifset INTERNALS
6380 @node Peephole Definitions
6381 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
6382 @cindex peephole optimizer definitions
6383 @cindex defining peephole optimizers
6384
6385 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
6386 definitions of machine-specific peephole optimizations.
6387
6388 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
6389 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
6390 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
6391 though the second one does not appear to use a register computed in the
6392 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
6393 opportunities.
6394
6395 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
6396 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
6397 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
6398 is deprecated.
6399
6400 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
6401 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
6402 but before scheduling, which may result in much better code for
6403 targets that do scheduling.
6404
6405 @menu
6406 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
6407 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
6408 @end menu
6409
6410 @end ifset
6411 @ifset INTERNALS
6412 @node define_peephole
6413 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
6414 @findex define_peephole
6415
6416 @need 1000
6417 A definition looks like this:
6418
6419 @smallexample
6420 (define_peephole
6421   [@var{insn-pattern-1}
6422    @var{insn-pattern-2}
6423    @dots{}]
6424   "@var{condition}"
6425   "@var{template}"
6426   "@var{optional-insn-attributes}")
6427 @end smallexample
6428
6429 @noindent
6430 The last string operand may be omitted if you are not using any
6431 machine-specific information in this machine description.  If present,
6432 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
6433
6434 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
6435 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
6436 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
6437 the next, and so on.
6438
6439 Each of the insns matched by a peephole must also match a
6440 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
6441 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
6442 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
6443 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
6444 stages.
6445
6446 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
6447 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
6448 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
6449 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
6450 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
6451 other.
6452
6453 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
6454 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
6455 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
6456 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
6457 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
6458
6459 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
6460 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
6461 previously tested.
6462
6463 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
6464 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
6465 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
6466 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
6467 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
6468 patterns.
6469
6470 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
6471 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
6472 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
6473 the operands.
6474
6475 @findex prev_active_insn
6476 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
6477 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
6478 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
6479 to refer to the last of the insns being matched; use
6480 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
6481
6482 @findex dead_or_set_p
6483 When optimizing computations with intermediate results, you can use
6484 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
6485 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
6486 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
6487 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
6488 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
6489 value (from @code{operands[@var{i}]}).
6490
6491 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
6492 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
6493 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
6494 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
6495 used in matching the original sequence of insns.
6496
6497 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
6498 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
6499 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
6500 as the insn pattern to control how the insn is output.
6501
6502 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
6503 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
6504
6505 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
6506
6507 @smallexample
6508 (define_peephole
6509   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
6510    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
6511         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
6512   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
6513 @{
6514   rtx xoperands[2];
6515   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
6516 #ifdef MOTOROLA
6517   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
6518   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
6519   return "fmove.d (sp)+,%0";
6520 #else
6521   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
6522   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
6523   return "fmoved sp@@+,%0";
6524 #endif
6525 @})
6526 @end smallexample
6527
6528 @need 1000
6529 The effect of this optimization is to change
6530
6531 @smallexample
6532 @group
6533 jbsr _foobar
6534 addql #4,sp
6535 movel d1,sp@@-
6536 movel d0,sp@@-
6537 fmoved sp@@+,fp0
6538 @end group
6539 @end smallexample
6540
6541 @noindent
6542 into
6543
6544 @smallexample
6545 @group
6546 jbsr _foobar
6547 movel d1,sp@@
6548 movel d0,sp@@-
6549 fmoved sp@@+,fp0
6550 @end group
6551 @end smallexample
6552
6553 @ignore
6554 @findex CC_REVERSED
6555 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
6556 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
6557 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
6558 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
6559 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
6560 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
6561 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
6562 and in this C code check the condition code status flags and change the
6563 assembler code as appropriate.
6564 @end ignore
6565
6566 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
6567 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
6568 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
6569 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
6570 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
6571 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
6572 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
6573 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
6574 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
6575
6576 @smallexample
6577 (define_insn "divmodsi4"
6578   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6579         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6580                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6581    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6582         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
6583   "TARGET_68020"
6584   "divsl%.l %2,%3:%0")
6585 @end smallexample
6586
6587 @noindent
6588 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
6589
6590 @smallexample
6591 (define_peephole
6592   [@dots{}
6593    (parallel
6594     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6595           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6596                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6597      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6598           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
6599    @dots{}]
6600   @dots{})
6601 @end smallexample
6602
6603 @end ifset
6604 @ifset INTERNALS
6605 @node define_peephole2
6606 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
6607 @findex define_peephole2
6608
6609 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
6610 substitute one sequence of instructions for another sequence,
6611 what additional scratch registers may be needed and what their
6612 lifetimes must be.
6613
6614 @smallexample
6615 (define_peephole2
6616   [@var{insn-pattern-1}
6617    @var{insn-pattern-2}
6618    @dots{}]
6619   "@var{condition}"
6620   [@var{new-insn-pattern-1}
6621    @var{new-insn-pattern-2}
6622    @dots{}]
6623   "@var{preparation-statements}")
6624 @end smallexample
6625
6626 The definition is almost identical to @code{define_split}
6627 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
6628 single instruction, but a sequence of instructions.
6629
6630 It is possible to request additional scratch registers for use in the
6631 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
6632 will simply not match.
6633
6634 @findex match_scratch
6635 @findex match_dup
6636 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
6637 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
6638 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
6639 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
6640 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
6641 at which the register must be available.
6642
6643 Here is an example from the IA-32 machine description:
6644
6645 @smallexample
6646 (define_peephole2
6647   [(match_scratch:SI 2 "r")
6648    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6649                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
6650                      [(match_dup 0)
6651                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
6652               (clobber (reg:CC 17))])]
6653   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
6654   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
6655    (parallel [(set (match_dup 0)
6656                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
6657               (clobber (reg:CC 17))])]
6658   "")
6659 @end smallexample
6660
6661 @noindent
6662 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
6663 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
6664 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
6665 to be live only at the point just before the arithmetic.
6666
6667 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
6668 so here's a silly made-up example:
6669
6670 @smallexample
6671 (define_peephole2
6672   [(match_scratch:SI 4 "r")
6673    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
6674    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
6675    (match_dup 4)
6676    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
6677   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
6678   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
6679    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
6680    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
6681    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
6682   "")
6683 @end smallexample
6684
6685 @noindent
6686 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
6687 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
6688 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
6689
6690 @end ifset
6691 @ifset INTERNALS
6692 @node Insn Attributes
6693 @section Instruction Attributes
6694 @cindex insn attributes
6695 @cindex instruction attributes
6696
6697 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
6698 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
6699 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
6700 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
6701 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
6702 to track the condition codes.
6703
6704 @menu
6705 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
6706 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
6707 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
6708 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
6709 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
6710 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
6711 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
6712 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
6713 @end menu
6714
6715 @end ifset
6716 @ifset INTERNALS
6717 @node Defining Attributes
6718 @subsection Defining Attributes and their Values
6719 @cindex defining attributes and their values
6720 @cindex attributes, defining
6721
6722 @findex define_attr
6723 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
6724 by the target machine.  It looks like:
6725
6726 @smallexample
6727 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
6728 @end smallexample
6729
6730 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
6731
6732 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
6733 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
6734 indicate that the attribute takes numeric values.
6735
6736 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
6737 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
6738 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
6739 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
6740 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
6741
6742 @findex insn-attr.h
6743 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
6744 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
6745 specified for an attribute, the following are defined:
6746
6747 @itemize @bullet
6748 @item
6749 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
6750
6751 @item
6752 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
6753 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
6754 the attribute name and value are first converted to uppercase.
6755
6756 @item
6757 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
6758 returns the attribute value for that insn.
6759 @end itemize
6760
6761 For example, if the following is present in the @file{md} file:
6762
6763 @smallexample
6764 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
6765 @end smallexample
6766
6767 @noindent
6768 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
6769
6770 @smallexample
6771 #define HAVE_ATTR_type
6772 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
6773                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
6774 extern enum attr_type get_attr_type ();
6775 @end smallexample
6776
6777 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
6778 defined and the function to obtain the attribute's value will return
6779 @code{int}.
6780
6781 There are attributes which are tied to a specific meaning.  These
6782 attributes are not free to use for other purposes:
6783
6784 @table @code
6785 @item length
6786 The @code{length} attribute is used to calculate the length of emitted
6787 code chunks.  This is especially important when verifying branch
6788 distances. @xref{Insn Lengths}.
6789
6790 @item enabled
6791 The @code{enabled} attribute can be defined to prevent certain
6792 alternatives of an insn definition from being used during code
6793 generation. @xref{Disable Insn Alternatives}.
6794 @end table
6795
6796 @findex define_enum_attr
6797 @anchor{define_enum_attr}
6798 Another way of defining an attribute is to use:
6799
6800 @smallexample
6801 (define_enum_attr "@var{attr}" "@var{enum}" @var{default})
6802 @end smallexample
6803
6804 This works in just the same way as @code{define_attr}, except that
6805 the list of values is taken from a separate enumeration called
6806 @var{enum} (@pxref{define_enum}).  This form allows you to use
6807 the same list of values for several attributes without having to
6808 repeat the list each time.  For example:
6809
6810 @smallexample
6811 (define_enum "processor" [
6812   model_a
6813   model_b
6814   @dots{}
6815 ])
6816 (define_enum_attr "arch" "processor"
6817   (const (symbol_ref "target_arch")))
6818 (define_enum_attr "tune" "processor"
6819   (const (symbol_ref "target_tune")))
6820 @end smallexample
6821
6822 defines the same attributes as:
6823
6824 @smallexample
6825 (define_attr "arch" "model_a,model_b,@dots{}"
6826   (const (symbol_ref "target_arch")))
6827 (define_attr "tune" "model_a,model_b,@dots{}"
6828   (const (symbol_ref "target_tune")))
6829 @end smallexample
6830
6831 but without duplicating the processor list.  The second example defines two
6832 separate C enums (@code{attr_arch} and @code{attr_tune}) whereas the first
6833 defines a single C enum (@code{processor}).
6834 @end ifset
6835 @ifset INTERNALS
6836 @node Expressions
6837 @subsection Attribute Expressions
6838 @cindex attribute expressions
6839
6840 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
6841 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
6842 Attribute value expressions must have one of the following forms:
6843
6844 @table @code
6845 @cindex @code{const_int} and attributes
6846 @item (const_int @var{i})
6847 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
6848 must be non-negative.
6849
6850 The value of a numeric attribute can be specified either with a
6851 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
6852 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
6853 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
6854 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
6855
6856 @cindex @code{const_string} and attributes
6857 @item (const_string @var{value})
6858 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
6859 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
6860 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
6861 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
6862 of a @code{define_attr}.
6863
6864 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
6865 must be a string containing a non-negative integer (normally
6866 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
6867 contain one of the valid values for the attribute.
6868
6869 @cindex @code{if_then_else} and attributes
6870 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
6871 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
6872 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
6873 otherwise it is @var{false-value}.
6874
6875 @cindex @code{cond} and attributes
6876 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
6877 The first operand of this expression is a vector containing an even
6878 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
6879 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
6880 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
6881 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
6882 expression is that of the @var{default} expression.
6883 @end table
6884
6885 @var{test} expressions can have one of the following forms:
6886
6887 @table @code
6888 @cindex @code{const_int} and attribute tests
6889 @item (const_int @var{i})
6890 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
6891
6892 @cindex @code{not} and attributes
6893 @cindex @code{ior} and attributes
6894 @cindex @code{and} and attributes
6895 @item (not @var{test})
6896 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
6897 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
6898 These tests are true if the indicated logical function is true.
6899
6900 @cindex @code{match_operand} and attributes
6901 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
6902 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
6903 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
6904 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
6905 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
6906 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
6907 string).
6908
6909 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
6910
6911 @cindex @code{le} and attributes
6912 @cindex @code{leu} and attributes
6913 @cindex @code{lt} and attributes
6914 @cindex @code{gt} and attributes
6915 @cindex @code{gtu} and attributes
6916 @cindex @code{ge} and attributes
6917 @cindex @code{geu} and attributes
6918 @cindex @code{ne} and attributes
6919 @cindex @code{eq} and attributes
6920 @cindex @code{plus} and attributes
6921 @cindex @code{minus} and attributes
6922 @cindex @code{mult} and attributes
6923 @cindex @code{div} and attributes
6924 @cindex @code{mod} and attributes
6925 @cindex @code{abs} and attributes
6926 @cindex @code{neg} and attributes
6927 @cindex @code{ashift} and attributes
6928 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
6929 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
6930 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
6931 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
6932 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
6933 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
6934 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
6935 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
6936 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
6937 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
6938 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
6939 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
6940 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
6941 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
6942 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
6943 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
6944 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
6945
6946 @findex get_attr
6947 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
6948 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
6949 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
6950 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
6951 variable.
6952
6953 @findex eq_attr
6954 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
6955 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
6956
6957 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
6958 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
6959 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
6960 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
6961 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
6962 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
6963 @emph{not} in the specified list.
6964
6965 For example,
6966
6967 @smallexample
6968 (eq_attr "type" "load,store")
6969 @end smallexample
6970
6971 @noindent
6972 is equivalent to
6973
6974 @smallexample
6975 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
6976 @end smallexample
6977
6978 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
6979 value of the compiler variable @code{which_alternative}
6980 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
6981 example,
6982
6983 @smallexample
6984 (eq_attr "alternative" "2,3")
6985 @end smallexample
6986
6987 @noindent
6988 is equivalent to
6989
6990 @smallexample
6991 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
6992      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
6993 @end smallexample
6994
6995 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
6996 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
6997 a particular pattern.  This is by far the most common case.
6998
6999 @findex attr_flag
7000 @item (attr_flag @var{name})
7001 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
7002 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
7003 scheduled.
7004
7005 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
7006 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
7007 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
7008 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
7009 if a conditional branch is expected to be taken.
7010
7011 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
7012 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
7013
7014 This example describes a conditional branch delay slot which
7015 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
7016 for backward branches which are not taken (annul-false).
7017
7018 @smallexample
7019 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
7020   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
7021    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
7022         (attr_flag "forward"))
7023    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
7024         (attr_flag "backward"))])
7025 @end smallexample
7026
7027 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
7028 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
7029
7030 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
7031 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
7032 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
7033 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
7034
7035 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
7036 meaning to other passes of the compiler.
7037
7038 @findex attr
7039 @item (attr @var{name})
7040 The value of another attribute is returned.  This is most useful
7041 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
7042 produce more efficient code for non-numeric attributes.
7043 @end table
7044
7045 @end ifset
7046 @ifset INTERNALS
7047 @node Tagging Insns
7048 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
7049 @cindex tagging insns
7050 @cindex assigning attribute values to insns
7051
7052 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
7053 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
7054 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
7055 have an optional last argument to specify the values of attributes for
7056 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
7057 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
7058 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
7059 permits the specification of the values for only one or two attributes
7060 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
7061 next section.
7062
7063 The optional last argument of @code{define_insn} and
7064 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
7065 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
7066 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
7067 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
7068 second operand of the @code{set} is an attribute expression
7069 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
7070
7071 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
7072 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
7073 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
7074 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
7075 each alternative.
7076
7077 @findex set_attr
7078 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
7079 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
7080 specifying a string giving either a single attribute value or a list
7081 of attribute values, one for each alternative.
7082
7083 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
7084 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
7085
7086 @table @code
7087 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
7088 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
7089 or a string containing a comma-separated list giving the values for
7090 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
7091 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
7092
7093 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
7094 which case the attribute will assume its default value for insns matching
7095 that alternative.
7096
7097 @findex set_attr_alternative
7098 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
7099 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
7100 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
7101 tests on the @samp{alternative} attribute.
7102
7103 @findex attr
7104 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
7105 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
7106 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
7107 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
7108 @end table
7109
7110 The following shows three different ways of representing the same
7111 attribute value specification:
7112
7113 @smallexample
7114 (set_attr "type" "load,store,arith")
7115
7116 (set_attr_alternative "type"
7117                       [(const_string "load") (const_string "store")
7118                        (const_string "arith")])
7119
7120 (set (attr "type")
7121      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
7122             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
7123            (const_string "arith")))
7124 @end smallexample
7125
7126 @need 1000
7127 @findex define_asm_attributes
7128 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
7129 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
7130 statement.  It has the form:
7131
7132 @smallexample
7133 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
7134 @end smallexample
7135
7136 @noindent
7137 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
7138 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
7139
7140 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
7141 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
7142
7143 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
7144 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
7145 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
7146 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
7147 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
7148 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
7149 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
7150 of a single machine instruction.
7151
7152 @end ifset
7153 @ifset INTERNALS
7154 @node Attr Example
7155 @subsection Example of Attribute Specifications
7156 @cindex attribute specifications example
7157 @cindex attribute specifications
7158
7159 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
7160 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
7161 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
7162 value.  This attribute is normally used only to define the default value
7163 for other attributes.  An example will clarify this usage.
7164
7165 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
7166 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
7167 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
7168 operations, floating point operations, and branches.
7169
7170 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
7171 the condition code and will limit ourselves to the following possible
7172 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
7173 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
7174 changed if the item previously set into the condition code has been
7175 modified.
7176
7177 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
7178
7179 @smallexample
7180 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
7181
7182 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
7183              (cond [(eq_attr "type" "load")
7184                         (const_string "change0")
7185                     (eq_attr "type" "store,branch")
7186                         (const_string "unchanged")
7187                     (eq_attr "type" "arith")
7188                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
7189                                       (const_string "set")
7190                                       (const_string "clobber"))]
7191                    (const_string "clobber")))
7192
7193 (define_insn ""
7194   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
7195         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
7196   ""
7197   "@@
7198    move %0,%1
7199    load %0,%1
7200    store %0,%1"
7201   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
7202 @end smallexample
7203
7204 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
7205 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
7206 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
7207 full-word result.
7208
7209 @end ifset
7210 @ifset INTERNALS
7211 @node Insn Lengths
7212 @subsection Computing the Length of an Insn
7213 @cindex insn lengths, computing
7214 @cindex computing the length of an insn
7215
7216 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
7217 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
7218 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
7219 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
7220 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
7221 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
7222
7223 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
7224 arithmetic terms are allowed in test expressions:
7225
7226 @table @code
7227 @cindex @code{match_dup} and attributes
7228 @item (match_dup @var{n})
7229 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
7230 must be a @code{label_ref}.
7231
7232 @cindex @code{pc} and attributes
7233 @item (pc)
7234 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
7235 been more consistent with other usage to make this the address of the
7236 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
7237 current insn is to be computed.
7238 @end table
7239
7240 @cindex @code{addr_vec}, length of
7241 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
7242 For normal insns, the length will be determined by value of the
7243 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
7244 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
7245 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
7246
7247 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
7248
7249 The following macros can be used to refine the length computation:
7250
7251 @table @code
7252 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
7253 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
7254 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
7255 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
7256 that contains the initially computed length of the insn and should be
7257 updated with the correct length of the insn.
7258
7259 This macro will normally not be required.  A case in which it is
7260 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
7261 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
7262 may be required.
7263 @end table
7264
7265 @findex get_attr_length
7266 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
7267 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
7268 determine the form of the branch instruction to be written, as the
7269 example below illustrates.
7270
7271 As an example of the specification of variable-length branches, consider
7272 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
7273 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
7274 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
7275 sequence to load the address from memory and then branch to it.
7276
7277 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
7278 as follows:
7279
7280 @smallexample
7281 (define_insn "jump"
7282   [(set (pc)
7283         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
7284   ""
7285 @{
7286    return (get_attr_length (insn) == 4
7287            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
7288 @}
7289   [(set (attr "length")
7290         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
7291                       (const_int 4)
7292                       (const_int 6)))])
7293 @end smallexample
7294
7295 @end ifset
7296 @ifset INTERNALS
7297 @node Constant Attributes
7298 @subsection Constant Attributes
7299 @cindex constant attributes
7300
7301 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
7302 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
7303 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
7304 used to specify which variety of processor is used.  For example,
7305
7306 @smallexample
7307 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
7308  (const
7309   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
7310          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
7311         (const_string "m88000"))))
7312
7313 (define_attr "memory" "fast,slow"
7314  (const
7315   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
7316                 (const_string "fast")
7317                 (const_string "slow"))))
7318 @end smallexample
7319
7320 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
7321 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
7322 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
7323 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
7324 forms involving insn attributes.
7325
7326 @end ifset
7327 @ifset INTERNALS
7328 @node Delay Slots
7329 @subsection Delay Slot Scheduling
7330 @cindex delay slots, defining
7331
7332 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
7333 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
7334 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
7335 after the instruction are executed as if they were located before it.
7336 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
7337 the following instruction before the branch or call is performed.
7338
7339 On some machines, conditional branch instructions can optionally
7340 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
7341 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
7342 instructions that annul if the branch is true and instructions that
7343 annul if the branch is false are supported.
7344
7345 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
7346 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
7347 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
7348 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
7349 instruction scheduling.
7350
7351 @findex define_delay
7352 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
7353 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
7354
7355 @smallexample
7356 (define_delay @var{test}
7357               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
7358                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
7359                @dots{}])
7360 @end smallexample
7361
7362 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
7363 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
7364 required delay slots is determined by the length of the vector specified
7365 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
7366 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
7367 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
7368 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
7369 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
7370 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
7371
7372 For example, in the common case where branch and call insns require
7373 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
7374 call, the following would be placed in the @file{md} file:
7375
7376 @smallexample
7377 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
7378               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
7379 @end smallexample
7380
7381 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
7382 case, each such expression specifies different delay slot requirements
7383 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
7384 expressions are both true.
7385
7386 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
7387 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
7388 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
7389 branch is true, we might represent this as follows:
7390
7391 @smallexample
7392 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
7393    [(eq_attr "type" "!branch,call")
7394     (eq_attr "type" "!branch,call")
7395     (nil)])
7396
7397 (define_delay (eq_attr "type" "call")
7398               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
7399                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
7400 @end smallexample
7401 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
7402
7403 @end ifset
7404 @ifset INTERNALS
7405 @node Processor pipeline description
7406 @subsection Specifying processor pipeline description
7407 @cindex processor pipeline description
7408 @cindex processor functional units
7409 @cindex instruction latency time
7410 @cindex interlock delays
7411 @cindex data dependence delays
7412 @cindex reservation delays
7413 @cindex pipeline hazard recognizer
7414 @cindex automaton based pipeline description
7415 @cindex regular expressions
7416 @cindex deterministic finite state automaton
7417 @cindex automaton based scheduler
7418 @cindex RISC
7419 @cindex VLIW
7420
7421 To achieve better performance, most modern processors
7422 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
7423 processors) have many @dfn{functional units} on which several
7424 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
7425 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
7426 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
7427 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
7428 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
7429 MIPS processors).
7430
7431 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
7432 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
7433 latency time}.  The instruction execution is not started until all
7434 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
7435 complex cases when the instruction execution starts even when the data
7436 are not available but will be ready in given time after the
7437 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
7438 account is simple.  The data dependence (true, output, and
7439 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
7440 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
7441 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
7442 means that two instructions under execution will be in need of shared
7443 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
7444 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
7445 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
7446 processors.
7447
7448 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
7449 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
7450 instruction scheduler has to have an adequate description of the
7451 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
7452 machine descriptions describe processor parallelism and functional
7453 unit reservations for groups of instructions with the aid of
7454 @dfn{regular expressions}.
7455
7456 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
7457 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
7458 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
7459 automatically generated from the processor pipeline description.  The
7460 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
7461 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
7462 the instruction issue is possible if there is a transition from one
7463 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
7464 furthermore, its speed is not dependent on processor
7465 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
7466 processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
7467 can split orthogonal parts of the machine description among several
7468 automata: but then, since each of these must be stepped independently,
7469 this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
7470
7471 @cindex automaton based pipeline description
7472 The rest of this section describes the directives that constitute
7473 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
7474 these constructions within the machine description file is not
7475 important.
7476
7477 @findex define_automaton
7478 @cindex pipeline hazard recognizer
7479 The following optional construction describes names of automata
7480 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
7481 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
7482 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
7483 units to the automata, the total size of the automata is usually
7484 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
7485 construction, only one finite state automaton is generated.
7486
7487 @smallexample
7488 (define_automaton @var{automata-names})
7489 @end smallexample
7490
7491 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
7492 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
7493 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
7494 @code{define_query_cpu_unit}.
7495
7496 @findex define_cpu_unit
7497 @cindex processor functional units
7498 Each processor functional unit used in the description of instruction
7499 reservations should be described by the following construction.
7500
7501 @smallexample
7502 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
7503 @end smallexample
7504
7505 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
7506 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
7507 for other goals.
7508
7509 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
7510 which the unit is bound.  The automaton should be described in
7511 construction @code{define_automaton}.  You should give
7512 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
7513
7514 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
7515 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
7516 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
7517 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
7518 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
7519 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
7520 description of the subsequent constructions.
7521
7522 @findex define_query_cpu_unit
7523 @cindex querying function unit reservations
7524 The following construction describes CPU functional units analogously
7525 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
7526 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
7527 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
7528 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
7529 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
7530 @acronym{VLIW} insn templates).
7531
7532 @smallexample
7533 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
7534 @end smallexample
7535
7536 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
7537 separated by commas.
7538
7539 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
7540 which the unit is bound.
7541
7542 @findex define_insn_reservation
7543 @cindex instruction latency time
7544 @cindex regular expressions
7545 @cindex data bypass
7546 The following construction is the major one to describe pipeline
7547 characteristics of an instruction.
7548
7549 @smallexample
7550 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
7551                          @var{condition} @var{regexp})
7552 @end smallexample
7553
7554 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
7555 instruction.  There is an important difference between the old
7556 description and the automaton based pipeline description.  The latency
7557 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
7558 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
7559 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
7560 zero and the cost of output dependencies is the difference between
7561 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
7562 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
7563 change the default costs for any description by using the target hook
7564 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
7565
7566 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
7567 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
7568 the automaton description file generated for debugging.  The internal
7569 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
7570 good practice to use insn classes described in the processor manual.
7571
7572 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
7573 construction.  You should remember that you will be in trouble if
7574 @var{condition} for two or more different
7575 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
7576 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
7577 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
7578 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
7579 the same value is quite difficult (especially if the conditions
7580 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
7581 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
7582 recognizer considerably.
7583
7584 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
7585 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
7586 expression according to the following syntax:
7587
7588 @smallexample
7589        regexp = regexp "," oneof
7590               | oneof
7591
7592        oneof = oneof "|" allof
7593              | allof
7594
7595        allof = allof "+" repeat
7596              | repeat
7597
7598        repeat = element "*" number
7599               | element
7600
7601        element = cpu_function_unit_name
7602                | reservation_name
7603                | result_name
7604                | "nothing"
7605                | "(" regexp ")"
7606 @end smallexample
7607
7608 @itemize @bullet
7609 @item
7610 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
7611 the reservation.
7612
7613 @item
7614 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
7615 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
7616 regular expression @strong{or} etc.
7617
7618 @item
7619 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
7620 regular expression @strong{and} a reservation described by the
7621 second regular expression @strong{and} etc.
7622
7623 @item
7624 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
7625 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
7626 advancing (see @samp{,}).
7627
7628 @item
7629 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
7630 functional unit.
7631
7632 @item
7633 @samp{reservation_name} --- see description of construction
7634 @samp{define_reservation}.
7635
7636 @item
7637 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
7638 @end itemize
7639
7640 @findex define_reservation
7641 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
7642 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
7643 the common part by the following construction
7644
7645 @smallexample
7646 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
7647 @end smallexample
7648
7649 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
7650 Functional unit names and reservation names are in the same name
7651 space.  So the reservation names should be different from the
7652 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
7653
7654 @findex define_bypass
7655 @cindex instruction latency time
7656 @cindex data bypass
7657 The following construction is used to describe exceptions in the
7658 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
7659
7660 @smallexample
7661 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
7662                [@var{guard}])
7663 @end smallexample
7664
7665 @var{number} defines when the result generated by the instructions
7666 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
7667 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
7668 the string are separated by commas.
7669
7670 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
7671 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
7672 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
7673 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
7674 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
7675 of insn @samp{store} (not a stored value).
7676
7677 If there are more one bypass with the same output and input insns, the
7678 chosen bypass is the first bypass with a guard in description whose
7679 guard function returns nonzero.  If there is no such bypass, then
7680 bypass without the guard function is chosen.
7681
7682 @findex exclusion_set
7683 @findex presence_set
7684 @findex final_presence_set
7685 @findex absence_set
7686 @findex final_absence_set
7687 @cindex VLIW
7688 @cindex RISC
7689 The following five constructions are usually used to describe
7690 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
7691 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
7692 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
7693
7694 @smallexample
7695 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
7696 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7697 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7698 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7699 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7700 @end smallexample
7701
7702 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
7703 separated by commas.
7704
7705 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
7706 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
7707 separated by white-spaces.
7708
7709 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
7710 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
7711 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
7712 example, the construction is useful for describing processors
7713 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
7714 functional unit which can execute simultaneously only single floating
7715 point insns or only double floating point insns.
7716
7717 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
7718 functional unit in the first string can not be reserved unless at
7719 least one of pattern of units whose names are in the second string is
7720 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
7721 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
7722 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
7723 construction
7724
7725 @smallexample
7726 (presence_set "slot1" "slot0")
7727 @end smallexample
7728
7729 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7730 reservation.  In this case we could write
7731
7732 @smallexample
7733 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
7734 @end smallexample
7735
7736 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
7737 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
7738 done.  When an instruction is issued in given automaton state
7739 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
7740 state is changed.  The first state is a source state, the second one
7741 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
7742 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
7743 done on the result reservation.  This construction is useful to
7744 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
7745 For example, if we use
7746
7747 @smallexample
7748 (presence_set "slot1" "slot0")
7749 @end smallexample
7750
7751 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
7752 @samp{slot0} which is absent in the source state).
7753
7754 @smallexample
7755 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
7756 @end smallexample
7757
7758 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
7759
7760 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
7761 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
7762 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
7763 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
7764 this one but it is symmetric).  For example it might be useful in a
7765 @acronym{VLIW} description to say that @samp{slot0} cannot be reserved
7766 after either @samp{slot1} or @samp{slot2} have been reserved.  This
7767 can be described as:
7768
7769 @smallexample
7770 (absence_set "slot0" "slot1, slot2")
7771 @end smallexample
7772
7773 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7774 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
7775 this case we could write
7776
7777 @smallexample
7778 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
7779 @end smallexample
7780
7781 All functional units mentioned in a set should belong to the same
7782 automaton.
7783
7784 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
7785 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
7786 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
7787
7788 @findex automata_option
7789 @cindex deterministic finite state automaton
7790 @cindex nondeterministic finite state automaton
7791 @cindex finite state automaton minimization
7792 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
7793 the following construction.
7794
7795 @smallexample
7796 (automata_option @var{options})
7797 @end smallexample
7798
7799 @var{options} is a string giving options which affect the generated
7800 code.  Currently there are the following options:
7801
7802 @itemize @bullet
7803 @item
7804 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
7805 only worth to do when we are debugging the description and need to
7806 look more accurately at reservations of states.
7807
7808 @item
7809 @dfn{time} means printing time statistics about the generation of
7810 automata.
7811
7812 @item
7813 @dfn{stats} means printing statistics about the generated automata
7814 such as the number of DFA states, NDFA states and arcs.
7815
7816 @item
7817 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
7818 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
7819 verification and debugging.
7820
7821 @item
7822 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
7823 non-critical errors.
7824
7825 @item
7826 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
7827 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
7828 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
7829 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
7830 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
7831 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
7832
7833 @item
7834 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
7835 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
7836 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
7837 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
7838 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
7839 huge automaton.
7840 @end itemize
7841
7842 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
7843 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
7844 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
7845 the following functional units.
7846
7847 @smallexample
7848 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
7849 (define_cpu_unit "port0, port1")
7850 @end smallexample
7851
7852 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
7853 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
7854 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
7855 are issued into the second pipeline.  Integer division and
7856 multiplication insns can be executed only in the second integer
7857 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
7858 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
7859 integer division insn can not be issued until the current division
7860 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
7861 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
7862 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
7863 incurred.  To describe all of this we could specify
7864
7865 @smallexample
7866 (define_cpu_unit "div")
7867
7868 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7869                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
7870
7871 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
7872                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
7873
7874 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
7875                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
7876
7877 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
7878                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
7879
7880 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
7881 @end smallexample
7882
7883 To simplify the description we could describe the following reservation
7884
7885 @smallexample
7886 (define_reservation "finish" "port0|port1")
7887 @end smallexample
7888
7889 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
7890 construction
7891
7892 @smallexample
7893 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7894                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
7895 @end smallexample
7896
7897
7898 @end ifset
7899 @ifset INTERNALS
7900 @node Conditional Execution
7901 @section Conditional Execution
7902 @cindex conditional execution
7903 @cindex predication
7904
7905 A number of architectures provide for some form of conditional
7906 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
7907 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
7908 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
7909 can be quite tedious to describe these forms directly in the
7910 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
7911
7912 @findex define_cond_exec
7913 @smallexample
7914 (define_cond_exec
7915   [@var{predicate-pattern}]
7916   "@var{condition}"
7917   "@var{output-template}")
7918 @end smallexample
7919
7920 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
7921 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
7922 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
7923 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
7924 alternative.
7925
7926 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
7927 pattern to match.
7928
7929 @findex current_insn_predicate
7930 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
7931 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
7932 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
7933 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
7934 In order to handle the general case, there is a global variable
7935 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
7936 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
7937
7938 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
7939 the @code{predicable} instruction attribute is made.
7940 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
7941 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
7942 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
7943 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
7944 alternative or anything else.
7945
7946 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
7947 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
7948 generated that matches a predicated version of the instruction.
7949 For example,
7950
7951 @smallexample
7952 (define_insn "addsi"
7953   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
7954         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
7955                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
7956   "@var{test1}"
7957   "add %2,%1,%0")
7958
7959 (define_cond_exec
7960   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
7961        (const_int 0))]
7962   "@var{test2}"
7963   "(%0)")
7964 @end smallexample
7965
7966 @noindent
7967 generates a new pattern
7968
7969 @smallexample
7970 (define_insn ""
7971   [(cond_exec
7972      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
7973      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
7974           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
7975                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
7976   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
7977   "(%3) add %2,%1,%0")
7978 @end smallexample
7979
7980 @end ifset
7981 @ifset INTERNALS
7982 @node Constant Definitions
7983 @section Constant Definitions
7984 @cindex constant definitions
7985 @findex define_constants
7986
7987 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
7988 can be a maintenance problem.
7989
7990 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
7991 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
7992 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
7993 if the corresponding value had been written instead.  You may use
7994 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
7995 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
7996 a different value.
7997
7998 To come back to the a29k load multiple example, instead of
7999
8000 @smallexample
8001 (define_insn ""
8002   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
8003      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
8004            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
8005       (use (reg:SI 179))
8006       (clobber (reg:SI 179))])]
8007   ""
8008   "loadm 0,0,%1,%2")
8009 @end smallexample
8010
8011 You could write:
8012
8013 @smallexample
8014 (define_constants [
8015     (R_BP 177)
8016     (R_FC 178)
8017     (R_CR 179)
8018     (R_Q  180)
8019 ])
8020
8021 (define_insn ""
8022   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
8023      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
8024            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
8025       (use (reg:SI R_CR))
8026       (clobber (reg:SI R_CR))])]
8027   ""
8028   "loadm 0,0,%1,%2")
8029 @end smallexample
8030
8031 The constants that are defined with a define_constant are also output
8032 in the insn-codes.h header file as #defines.
8033
8034 @cindex enumerations
8035 @findex define_c_enum
8036 You can also use the machine description file to define enumerations.
8037 Like the constants defined by @code{define_constant}, these enumerations
8038 are visible to both the machine description file and the main C code.
8039
8040 The syntax is as follows:
8041
8042 @smallexample
8043 (define_c_enum "@var{name}" [
8044   @var{value0}
8045   @var{value1}
8046   @dots{}
8047   @var{valuen}
8048 ])
8049 @end smallexample
8050
8051 This definition causes the equivalent of the following C code to appear
8052 in @file{insn-constants.h}:
8053
8054 @smallexample
8055 enum @var{name} @{
8056   @var{value0} = 0,
8057   @var{value1} = 1,
8058   @dots{}
8059   @var{valuen} = @var{n}
8060 @};
8061 #define NUM_@var{cname}_VALUES (@var{n} + 1)
8062 @end smallexample
8063
8064 where @var{cname} is the capitalized form of @var{name}.
8065 It also makes each @var{valuei} available in the machine description
8066 file, just as if it had been declared with:
8067
8068 @smallexample
8069 (define_constants [(@var{valuei} @var{i})])
8070 @end smallexample
8071
8072 Each @var{valuei} is usually an upper-case identifier and usually
8073 begins with @var{cname}.
8074
8075 You can split the enumeration definition into as many statements as
8076 you like.  The above example is directly equivalent to:
8077
8078 @smallexample
8079 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value0}])
8080 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value1}])
8081 @dots{}
8082 (define_c_enum "@var{name}" [@var{valuen}])
8083 @end smallexample
8084
8085 Splitting the enumeration helps to improve the modularity of each
8086 individual @code{.md} file.  For example, if a port defines its
8087 synchronization instructions in a separate @file{sync.md} file,
8088 it is convenient to define all synchronization-specific enumeration
8089 values in @file{sync.md} rather than in the main @file{.md} file.
8090
8091 Some enumeration names have special significance to GCC:
8092
8093 @table @code
8094 @item unspecv
8095 @findex unspec_volatile
8096 If an enumeration called @code{unspecv} is defined, GCC will use it
8097 when printing out @code{unspec_volatile} expressions.  For example:
8098
8099 @smallexample
8100 (define_c_enum "unspecv" [
8101   UNSPECV_BLOCKAGE
8102 ])
8103 @end smallexample
8104
8105 causes GCC to print @samp{(unspec_volatile @dots{} 0)} as:
8106
8107 @smallexample
8108 (unspec_volatile ... UNSPECV_BLOCKAGE)
8109 @end smallexample
8110
8111 @item unspec
8112 @findex unspec
8113 If an enumeration called @code{unspec} is defined, GCC will use
8114 it when printing out @code{unspec} expressions.  GCC will also use
8115 it when printing out @code{unspec_volatile} expressions unless an
8116 @code{unspecv} enumeration is also defined.  You can therefore
8117 decide whether to keep separate enumerations for volatile and
8118 non-volatile expressions or whether to use the same enumeration
8119 for both.
8120 @end table
8121
8122 @findex define_enum
8123 @anchor{define_enum}
8124 Another way of defining an enumeration is to use @code{define_enum}:
8125
8126 @smallexample
8127 (define_enum "@var{name}" [
8128   @var{value0}
8129   @var{value1}
8130   @dots{}
8131   @var{valuen}
8132 ])
8133 @end smallexample
8134
8135 This directive implies:
8136
8137 @smallexample
8138 (define_c_enum "@var{name}" [
8139   @var{cname}_@var{cvalue0}
8140   @var{cname}_@var{cvalue1}
8141   @dots{}
8142   @var{cname}_@var{cvaluen}
8143 ])
8144 @end smallexample
8145
8146 @findex define_enum_attr
8147 where @var{cvaluei} is the capitalized form of @var{valuei}.
8148 However, unlike @code{define_c_enum}, the enumerations defined
8149 by @code{define_enum} can be used in attribute specifications
8150 (@pxref{define_enum_attr}).
8151 @end ifset
8152 @ifset INTERNALS
8153 @node Iterators
8154 @section Iterators
8155 @cindex iterators in @file{.md} files
8156
8157 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
8158 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple iterator
8159 facilities to make this process easier.
8160
8161 @menu
8162 * Mode Iterators::         Generating variations of patterns for different modes.
8163 * Code Iterators::         Doing the same for codes.
8164 @end menu
8165
8166 @node Mode Iterators
8167 @subsection Mode Iterators
8168 @cindex mode iterators in @file{.md} files
8169
8170 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
8171 For example:
8172
8173 @itemize @bullet
8174 @item
8175 If a processor has hardware support for both single and double
8176 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
8177 very similar to the @code{DFmode} ones.
8178
8179 @item
8180 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
8181 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
8182 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
8183 @end itemize
8184
8185 Mode iterators allow several patterns to be instantiated from one
8186 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
8187 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
8188 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
8189
8190 @menu
8191 * Defining Mode Iterators:: Defining a new mode iterator.
8192 * Substitutions::           Combining mode iterators with substitutions
8193 * Examples::                Examples
8194 @end menu
8195
8196 @node Defining Mode Iterators
8197 @subsubsection Defining Mode Iterators
8198 @findex define_mode_iterator
8199
8200 The syntax for defining a mode iterator is:
8201
8202 @smallexample
8203 (define_mode_iterator @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{moden} "@var{condn}")])
8204 @end smallexample
8205
8206 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
8207 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
8208 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
8209 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
8210 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
8211 C condition will also require that @var{condi} be true.
8212
8213 For example:
8214
8215 @smallexample
8216 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
8217 @end smallexample
8218
8219 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
8220 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
8221 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
8222 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
8223 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
8224
8225 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
8226 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
8227 to @code{@var{mode}}.  For example:
8228
8229 @smallexample
8230 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
8231 @end smallexample
8232
8233 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
8234 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
8235
8236 Iterators are applied in the order they are defined.  This can be
8237 significant if two iterators are used in a construct that requires
8238 substitutions.  @xref{Substitutions}.
8239
8240 @node Substitutions
8241 @subsubsection Substitution in Mode Iterators
8242 @findex define_mode_attr
8243
8244 If an @file{.md} file construct uses mode iterators, each version of the
8245 construct will often need slightly different strings or modes.  For
8246 example:
8247
8248 @itemize @bullet
8249 @item
8250 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
8251 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
8252 appropriate mode name for @var{m}.
8253
8254 @item
8255 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
8256 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
8257
8258 @item
8259 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
8260 using an iterator for one of the operand modes usually requires a specific
8261 mode for the other operand(s).
8262 @end itemize
8263
8264 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
8265 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
8266 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
8267 upper case.  You can define other attributes using:
8268
8269 @smallexample
8270 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") @dots{} (@var{moden} "@var{valuen}")])
8271 @end smallexample
8272
8273 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
8274 is the value associated with @var{modei}.
8275
8276 When GCC replaces some @var{:iterator} with @var{:mode}, it will scan
8277 each string and mode in the pattern for sequences of the form
8278 @code{<@var{iterator}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
8279 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
8280 @code{<@dots{}>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
8281 value.
8282
8283 For example, suppose an @file{.md} file has:
8284
8285 @smallexample
8286 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
8287 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
8288 @end smallexample
8289
8290 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
8291 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
8292 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
8293 @code{"ld\t%0,%1"}.
8294
8295 Here is an example of using an attribute for a mode:
8296
8297 @smallexample
8298 (define_mode_iterator LONG [SI DI])
8299 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
8300 (define_insn @dots{}
8301   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> @dots{})) @dots{})
8302 @end smallexample
8303
8304 The @code{@var{iterator}:} prefix may be omitted, in which case the
8305 substitution will be attempted for every iterator expansion.
8306
8307 @node Examples
8308 @subsubsection Mode Iterator Examples
8309
8310 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
8311 modes and attributes (among others):
8312
8313 @smallexample
8314 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
8315 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
8316 @end smallexample
8317
8318 and uses the following template to define both @code{subsi3}
8319 and @code{subdi3}:
8320
8321 @smallexample
8322 (define_insn "sub<mode>3"
8323   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
8324         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
8325                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
8326   ""
8327   "<d>subu\t%0,%1,%2"
8328   [(set_attr "type" "arith")
8329    (set_attr "mode" "<MODE>")])
8330 @end smallexample
8331
8332 This is exactly equivalent to:
8333
8334 @smallexample
8335 (define_insn "subsi3"
8336   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
8337         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
8338                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
8339   ""
8340   "subu\t%0,%1,%2"
8341   [(set_attr "type" "arith")
8342    (set_attr "mode" "SI")])
8343
8344 (define_insn "subdi3"
8345   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
8346         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
8347                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
8348   ""
8349   "dsubu\t%0,%1,%2"
8350   [(set_attr "type" "arith")
8351    (set_attr "mode" "DI")])
8352 @end smallexample
8353
8354 @node Code Iterators
8355 @subsection Code Iterators
8356 @cindex code iterators in @file{.md} files
8357 @findex define_code_iterator
8358 @findex define_code_attr
8359
8360 Code iterators operate in a similar way to mode iterators.  @xref{Mode Iterators}.
8361
8362 The construct:
8363
8364 @smallexample
8365 (define_code_iterator @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{coden} "@var{condn}")])
8366 @end smallexample
8367
8368 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
8369 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
8370 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
8371
8372 As with mode iterators, each pattern that uses @var{name} will be
8373 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
8374 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
8375 @xref{Defining Mode Iterators}.
8376
8377 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
8378 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
8379 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
8380 Other attributes are defined using:
8381
8382 @smallexample
8383 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") @dots{} (@var{coden} "@var{valuen}")])
8384 @end smallexample
8385
8386 Here's an example of code iterators in action, taken from the MIPS port:
8387
8388 @smallexample
8389 (define_code_iterator any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
8390                                 eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
8391
8392 (define_expand "b<code>"
8393   [(set (pc)
8394         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
8395                                    (const_int 0))
8396                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8397                       (pc)))]
8398   ""
8399 @{
8400   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
8401   DONE;
8402 @})
8403 @end smallexample
8404
8405 This is equivalent to:
8406
8407 @smallexample
8408 (define_expand "bunordered"
8409   [(set (pc)
8410         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
8411                                     (const_int 0))
8412                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8413                       (pc)))]
8414   ""
8415 @{
8416   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
8417   DONE;
8418 @})
8419
8420 (define_expand "bordered"
8421   [(set (pc)
8422         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
8423                                   (const_int 0))
8424                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8425                       (pc)))]
8426   ""
8427 @{
8428   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
8429   DONE;
8430 @})
8431
8432 @dots{}
8433 @end smallexample
8434
8435 @end ifset