OSDN Git Service

81e599d43bfbe7a751c7457b2392308cfbff93b5
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / doc / md.texi
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1996, 1998, 1999, 2000, 2001, 2002
2 @c Free Software Foundation, Inc.
3 @c This is part of the GCC manual.
4 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
5
6 @ifset INTERNALS
7 @node Machine Desc
8 @chapter Machine Descriptions
9 @cindex machine descriptions
10
11 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
12 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
13
14 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
15 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
16 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
17 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
18 is inside a quoted string.
19
20 See the next chapter for information on the C header file.
21
22 @menu
23 * Overview::            How the machine description is used.
24 * Patterns::            How to write instruction patterns.
25 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
26 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
27 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
28                           from such an insn.
29 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
30                           the assembler code.
31 * Constraints::         When not all operands are general operands.
32 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
33 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
34 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
35 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
36 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
37 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
38 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
39                           for a standard operation.
40 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
41 * Including Patterns::      Including Patterns in Machine Descriptions.
42 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
43 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
44 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
45                            predication.
46 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
47                         md file.
48 @end menu
49
50 @node Overview
51 @section Overview of How the Machine Description is Used
52
53 There are three main conversions that happen in the compiler:
54
55 @enumerate
56
57 @item
58 The front end reads the source code and builds a parse tree.
59
60 @item
61 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
62 instruction patterns.
63
64 @item
65 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
66 code.
67
68 @end enumerate
69
70 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
71 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
72 choose the pattern with the right name and apply the operands according
73 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
74 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
75 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
76 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
77 named pattern it needs, it will abort.
78
79 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
80 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
81 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
82 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
83 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
84 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
85 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
86 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
87
88 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
89 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
90 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
91 example.
92
93 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
94 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
95 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
96 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
97
98 @node Patterns
99 @section Everything about Instruction Patterns
100 @cindex patterns
101 @cindex instruction patterns
102
103 @findex define_insn
104 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
105 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
106 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
107 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
108
109 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
110
111 @enumerate
112 @item
113 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
114 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
115 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
116 the instruction patterns with those names, if the names are defined
117 in the machine description.
118
119 The absence of a name is indicated by writing an empty string
120 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
121 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
122 to be combined later on.
123
124 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
125 effect; they are equivalent to no name at all.
126
127 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
128 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
129 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
130 to having a nameless pattern for all other purposes.
131
132 @item
133 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
134 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
135 incomplete because it may contain @code{match_operand},
136 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
137 operands of the instruction.
138
139 If the vector has only one element, that element is the template for the
140 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
141 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
142 elements described.
143
144 @item
145 @cindex pattern conditions
146 @cindex conditions, in patterns
147 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
148 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
149
150 @cindex named patterns and conditions
151 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
152 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
153 flags.  The compiler needs to test these conditions during
154 initialization in order to learn exactly which named instructions are
155 available in a particular run.
156
157 @findex operands
158 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
159 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
160 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
161 @code{operands}.  For an insn where the condition has once matched, it
162 can't be used to control register allocation, for example by excluding
163 certain hard registers or hard register combinations.
164
165 @item
166 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
167 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
168 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
169
170 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
171 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
172
173 @item
174 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
175 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
176 @end enumerate
177
178 @node Example
179 @section Example of @code{define_insn}
180 @cindex @code{define_insn} example
181
182 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
183
184 @example
185 (define_insn "tstsi"
186   [(set (cc0)
187         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
188   ""
189   "*
190 @{
191   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
192     return \"tstl %0\";
193   return \"cmpl #0,%0\";
194 @}")
195 @end example
196
197 @noindent
198 This can also be written using braced strings:
199
200 @example
201 (define_insn "tstsi"
202   [(set (cc0)
203         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
204   ""
205 @{
206   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
207     return "tstl %0";
208   return "cmpl #0,%0";
209 @})
210 @end example
211
212 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
213 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
214 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
215 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
216 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
217 can be constructed using this pattern.
218
219 The output control string is a piece of C code which chooses which
220 output template to return based on the kind of operand and the specific
221 type of CPU for which code is being generated.
222
223 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
224
225 @node RTL Template
226 @section RTL Template
227 @cindex RTL insn template
228 @cindex generating insns
229 @cindex insns, generating
230 @cindex recognizing insns
231 @cindex insns, recognizing
232
233 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
234 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
235 says how to construct an insn from specified operands.
236
237 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
238 template.  Matching involves determining the values that serve as the
239 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
240 controlled by special expression types that direct matching and
241 substitution of the operands.
242
243 @table @code
244 @findex match_operand
245 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
246 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
247 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
248 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
249 appears at this position in the insn will be taken as operand
250 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
251 pattern will not match at all.
252
253 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
254 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
255 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
256 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
257 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
258 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
259 other operand numbers.
260
261 @var{predicate} is a string that is the name of a C function that accepts two
262 arguments, an expression and a machine mode.  During matching, the
263 function will be called with the putative operand as the expression and
264 @var{m} as the mode argument (if @var{m} is not specified,
265 @code{VOIDmode} will be used, which normally causes @var{predicate} to accept
266 any mode).  If it returns zero, this instruction pattern fails to match.
267 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be done
268 on the operand, so anything which occurs in this position is valid.
269
270 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
271 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
272 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
273 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
274 @code{VOIDmode}.
275
276 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
277 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
278
279 People are often unclear on the difference between the constraint and the
280 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
281 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
282 controls various decisions in the case of an insn which does match.
283
284 @findex general_operand
285 On CISC machines, the most common @var{predicate} is
286 @code{"general_operand"}.  This function checks that the putative
287 operand is either a constant, a register or a memory reference, and that
288 it is valid for mode @var{m}.
289
290 @findex register_operand
291 For an operand that must be a register, @var{predicate} should be
292 @code{"register_operand"}.  Using @code{"general_operand"} would be
293 valid, since the reload pass would copy any non-register operands
294 through registers, but this would make GCC do extra work, it would
295 prevent invariant operands (such as constant) from being removed from
296 loops, and it would prevent the register allocator from doing the best
297 possible job.  On RISC machines, it is usually most efficient to allow
298 @var{predicate} to accept only objects that the constraints allow.
299
300 @findex immediate_operand
301 For an operand that must be a constant, you must be sure to either use
302 @code{"immediate_operand"} for @var{predicate}, or make the instruction
303 pattern's extra condition require a constant, or both.  You cannot
304 expect the constraints to do this work!  If the constraints allow only
305 constants, but the predicate allows something else, the compiler will
306 crash when that case arises.
307
308 @findex match_scratch
309 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
310 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
311 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
312 expression.
313
314 When matching patterns, this is equivalent to
315
316 @smallexample
317 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
318 @end smallexample
319
320 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
321 expression.
322
323 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
324 expressions whose operands are either a hard register or
325 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
326 necessary.  @xref{Side Effects}.
327
328 @findex match_dup
329 @item (match_dup @var{n})
330 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
331 It is used when the operand needs to appear more than once in the
332 insn.
333
334 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
335 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
336 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
337 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
338 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
339 identical-looking expression.
340
341 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
342 a particular register is being used for two operands (example:
343 @code{add} that adds one register to another; the second register is
344 both an input operand and the output operand).  Use a matching
345 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
346 operand is used in two places in the template, such as an instruction
347 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
348 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
349 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
350
351 @findex match_operator
352 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
353 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
354 code.
355
356 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
357 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
358 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
359
360 When matching an expression, it matches an expression if the function
361 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
362 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
363
364 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
365 follows, to match any expression whose operator is one of the
366 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
367
368 @smallexample
369 int
370 commutative_operator (x, mode)
371      rtx x;
372      enum machine_mode mode;
373 @{
374   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
375   if (GET_MODE (x) != mode)
376     return 0;
377   return (GET_RTX_CLASS (code) == 'c'
378           || code == EQ || code == NE);
379 @}
380 @end smallexample
381
382 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
383 of a commutative operator applied to two general operands:
384
385 @smallexample
386 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
387   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
388    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
389 @end smallexample
390
391 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
392 because the expressions to be matched all contain two operands.
393
394 When this pattern does match, the two operands of the commutative
395 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
396 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
397 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
398 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
399
400 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
401 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
402 predicate function, and that function is solely responsible for
403 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
404
405 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
406 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
407 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
408 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
409 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
410 only its expression code matters.
411
412 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
413 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
414 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
415 register allocation because the register allocator often looks at
416 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
417
418 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
419 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
420 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
421 However, if parts of its @var{operands} are matched by
422 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
423 their own.
424
425 @findex match_op_dup
426 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
427 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
428 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
429 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
430 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
431 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
432 recognition template, and it matches only an identical-looking
433 expression.
434
435 @findex match_parallel
436 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
437 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
438 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
439 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
440
441 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
442 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
443 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
444 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
445 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
446 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
447 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
448 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
449 those listed in the @code{match_parallel}.
450
451 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
452 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
453 in a @code{parallel}.  For example,
454
455 @smallexample
456 (define_insn ""
457   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
458      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
459            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
460       (use (reg:SI 179))
461       (clobber (reg:SI 179))])]
462   ""
463   "loadm 0,0,%1,%2")
464 @end smallexample
465
466 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
467 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
468 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
469 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
470 registers and memory locations.
471
472 An insn that matches this pattern might look like:
473
474 @smallexample
475 (parallel
476  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
477   (use (reg:SI 179))
478   (clobber (reg:SI 179))
479   (set (reg:SI 21)
480        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
481                         (const_int 4))))
482   (set (reg:SI 22)
483        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
484                         (const_int 8))))])
485 @end smallexample
486
487 @findex match_par_dup
488 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
489 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
490 @code{match_operator}.
491
492 @findex match_insn
493 @item (match_insn @var{predicate})
494 Match a complete insn.  Unlike the other @code{match_*} recognizers,
495 @code{match_insn} does not take an operand number.
496
497 The machine mode @var{m} of @code{match_insn} works like that of
498 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
499 predicate function, and that function is solely responsible for
500 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
501
502 @findex match_insn2
503 @item (match_insn2 @var{n} @var{predicate})
504 Match a complete insn.
505
506 The machine mode @var{m} of @code{match_insn2} works like that of
507 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
508 predicate function, and that function is solely responsible for
509 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
510
511 @end table
512
513 @node Output Template
514 @section Output Templates and Operand Substitution
515 @cindex output templates
516 @cindex operand substitution
517
518 @cindex @samp{%} in template
519 @cindex percent sign
520 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
521 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
522 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
523 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
524 identify places where different variants of the assembler require
525 different syntax.
526
527 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
528 operand @var{n} at that point in the string.
529
530 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
531 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
532 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
533 additional letters with nonstandard meanings.
534
535 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
536 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
537 operand.
538
539 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
540 the constant is negated before printing.
541
542 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
543 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
544 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
545 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
546 as if it were a memory reference.
547
548 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
549 instruction.
550
551 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
552 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
553 referred to more than once in a single template that generates multiple
554 assembler instructions.
555
556 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
557 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
558 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
559 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
560 which punctuation characters are valid with the
561 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
562
563 @cindex \
564 @cindex backslash
565 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
566 for the instructions, with @samp{\;} between them.
567
568 @cindex matching operands
569 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
570 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
571 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
572 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
573 operand.
574
575 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
576 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
577 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
578 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
579 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
580 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
581 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
582 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
583 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
584 it to do nothing.
585
586 @cindex @code{#} in template
587 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
588 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
589 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
590 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
591 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
592 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
593 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
594 instructions.
595
596 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
597 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
598 describe multiple variants of assembler language syntax.
599 @xref{Instruction Output}.
600
601 @node Output Statement
602 @section C Statements for Assembler Output
603 @cindex output statements
604 @cindex C statements for assembler output
605 @cindex generating assembler output
606
607 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
608 assembler code for all the cases that are recognized by a single
609 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
610 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
611 machine instructions.
612
613 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
614 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
615 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
616 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
617 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
618 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
619 might write this pattern:
620
621 @smallexample
622 (define_insn "addsi3"
623   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
624         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
625                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
626   ""
627   "@@
628    addr %2,%0
629    addm %2,%0")
630 @end smallexample
631
632 @cindex @code{*} in template
633 @cindex asterisk in template
634 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
635 output template but rather a piece of C program that should compute a
636 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
637 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
638 require doublequote characters to delimit them.  To include these
639 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
640
641 If the output control string is written as a brace block instead of a
642 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
643 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
644 doublequotes surrounding C string literals.
645
646 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
647 is @code{rtx []}.
648
649 It is very common to select different ways of generating assembler code
650 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
651 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
652 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
653 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
654 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
655 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
656 values of those bits.
657
658 @findex output_asm_insn
659 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
660 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
661 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
662 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
663 that you declare locally and initialize yourself.
664
665 @findex which_alternative
666 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
667 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
668 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
669 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
670 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
671 etc.).
672
673 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
674 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
675 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
676
677 @smallexample
678 (define_insn ""
679   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
680         (const_int 0))]
681   ""
682   @{
683   return (which_alternative == 0
684           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
685   @})
686 @end smallexample
687
688 The example above, where the assembler code to generate was
689 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
690 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
691
692 @smallexample
693 @group
694 (define_insn ""
695   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
696         (const_int 0))]
697   ""
698   "@@
699    clrreg %0
700    clrmem %0")
701 @end group
702 @end smallexample
703 @end ifset
704
705 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
706 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
707 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
708 @ifset INTERNALS
709 @node Constraints
710 @section Operand Constraints
711 @cindex operand constraints
712 @cindex constraints
713
714 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify a
715 constraint for the type of operands allowed.
716 @end ifset
717 @ifclear INTERNALS
718 @node Constraints
719 @section Constraints for @code{asm} Operands
720 @cindex operand constraints, @code{asm}
721 @cindex constraints, @code{asm}
722 @cindex @code{asm} constraints
723
724 Here are specific details on what constraint letters you can use with
725 @code{asm} operands.
726 @end ifclear
727 Constraints can say whether
728 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
729 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
730 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
731 have.  Constraints can also require two operands to match.
732
733 @ifset INTERNALS
734 @menu
735 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
736 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
737 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
738 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
739 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
740 @end menu
741 @end ifset
742
743 @ifclear INTERNALS
744 @menu
745 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
746 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
747 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
748 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
749 @end menu
750 @end ifclear
751
752 @node Simple Constraints
753 @subsection Simple Constraints
754 @cindex simple constraints
755
756 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
757 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
758 the letters that are allowed:
759
760 @table @asis
761 @item whitespace
762 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
763 except the first.  This enables each alternative for different operands to
764 be visually aligned in the machine description even if they have different
765 number of constraints and modifiers.
766
767 @cindex @samp{m} in constraint
768 @cindex memory references in constraints
769 @item @samp{m}
770 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
771 supports in general.
772
773 @cindex offsettable address
774 @cindex @samp{o} in constraint
775 @item @samp{o}
776 A memory operand is allowed, but only if the address is
777 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
778 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
779 may be added to the address and the result is also a valid memory
780 address.
781
782 @cindex autoincrement/decrement addressing
783 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
784 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
785 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
786 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
787 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
788 addresses may or may not be offsettable depending on the other
789 addressing modes that the machine supports.
790
791 Note that in an output operand which can be matched by another
792 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
793 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
794 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
795
796 @cindex @samp{V} in constraint
797 @item @samp{V}
798 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
799 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
800
801 @cindex @samp{<} in constraint
802 @item @samp{<}
803 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
804 postdecrement) is allowed.
805
806 @cindex @samp{>} in constraint
807 @item @samp{>}
808 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
809 postincrement) is allowed.
810
811 @cindex @samp{r} in constraint
812 @cindex registers in constraints
813 @item @samp{r}
814 A register operand is allowed provided that it is in a general
815 register.
816
817 @cindex constants in constraints
818 @cindex @samp{i} in constraint
819 @item @samp{i}
820 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
821 This includes symbolic constants whose values will be known only at
822 assembly time.
823
824 @cindex @samp{n} in constraint
825 @item @samp{n}
826 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
827 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
828 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
829 rather than @samp{i}.
830
831 @cindex @samp{I} in constraint
832 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
833 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
834 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
835 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
836 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
837 This is the range permitted as a shift count in the shift
838 instructions.
839
840 @cindex @samp{E} in constraint
841 @item @samp{E}
842 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
843 allowed, but only if the target floating point format is the same as
844 that of the host machine (on which the compiler is running).
845
846 @cindex @samp{F} in constraint
847 @item @samp{F}
848 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
849 @code{const_vector}) is allowed.
850
851 @cindex @samp{G} in constraint
852 @cindex @samp{H} in constraint
853 @item @samp{G}, @samp{H}
854 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
855 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
856
857 @cindex @samp{s} in constraint
858 @item @samp{s}
859 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
860 allowed.
861
862 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
863 value not known at compile time, it certainly must allow any known
864 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
865 better code to be generated.
866
867 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
868 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
869 and 127, better code results from loading the value into a register and
870 using the register.  This is because the load into the register can be
871 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
872 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
873 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
874 constraints.
875
876 @cindex @samp{g} in constraint
877 @item @samp{g}
878 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
879 registers that are not general registers.
880
881 @cindex @samp{X} in constraint
882 @item @samp{X}
883 @ifset INTERNALS
884 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
885 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
886 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
887 require a scratch register.
888 @end ifset
889 @ifclear INTERNALS
890 Any operand whatsoever is allowed.
891 @end ifclear
892
893 @cindex @samp{0} in constraint
894 @cindex digits in constraint
895 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
896 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
897 digit is used together with letters within the same alternative, the
898 digit should come last.
899
900 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
901 digits are encountered consecutavely, they are interpreted as a single
902 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
903 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
904 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
905 can use multiple alternatives instead.
906
907 @cindex matching constraint
908 @cindex constraint, matching
909 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
910 that the assembler has only a single operand that fills two roles
911 @ifset INTERNALS
912 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
913 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
914 @end ifset
915 @ifclear INTERNALS
916 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
917 two input operands and an output operand, but on most CISC
918 @end ifclear
919 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
920 input-output operand:
921
922 @smallexample
923 addl #35,r12
924 @end smallexample
925
926 Matching constraints are used in these circumstances.
927 More precisely, the two operands that match must include one input-only
928 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
929 smaller number than the number of the operand that uses it in the
930 constraint.
931
932 @ifset INTERNALS
933 For operands to match in a particular case usually means that they
934 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
935 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
936 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
937 For proper results in such cases, the output template should always
938 use the output-operand's number when printing the operand.
939 @end ifset
940
941 @cindex load address instruction
942 @cindex push address instruction
943 @cindex address constraints
944 @cindex @samp{p} in constraint
945 @item @samp{p}
946 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
947 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
948
949 @findex address_operand
950 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
951 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
952 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
953 reference for which the address would be valid.
954
955 @cindex other register constraints
956 @cindex extensible constraints
957 @item @var{other-letters}
958 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
959 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
960 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
961 for data, address and floating point registers.
962
963 @ifset INTERNALS
964 The machine description macro @code{REG_CLASS_FROM_LETTER} has first
965 cut at the otherwise unused letters.  If it evaluates to @code{NO_REGS},
966 then @code{EXTRA_CONSTRAINT} is evaluated.
967
968 A typical use for @code{EXTRA_CONSTRANT} would be to distinguish certain
969 types of memory references that affect other insn operands.
970 @end ifset
971 @end table
972
973 @ifset INTERNALS
974 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
975 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
976 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
977 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
978 done by copying an operand into a register.
979
980 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
981
982 @smallexample
983 (define_insn ""
984   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
985         (plus:SI (match_dup 0)
986                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
987   ""
988   "@dots{}")
989 @end smallexample
990
991 @noindent
992 which has two operands, one of which must appear in two places, and
993
994 @smallexample
995 (define_insn ""
996   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
997         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
998                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
999   ""
1000   "@dots{}")
1001 @end smallexample
1002
1003 @noindent
1004 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1005 identical.  If we are considering an insn of the form
1006
1007 @smallexample
1008 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1009   (set (reg:SI 3)
1010        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1011   @dots{})
1012 @end smallexample
1013
1014 @noindent
1015 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1016 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1017 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns.''
1018 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1019 is something wrong with it.''  It would direct the reload pass of the
1020 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1021 results might look like this:
1022
1023 @smallexample
1024 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1025   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1026   @dots{})
1027
1028 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1029   (set (reg:SI 3)
1030        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1031   @dots{})
1032 @end smallexample
1033
1034 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1035 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1036 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1037 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1038 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1039 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1040 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1041 reloading any possible operand so that it will fit.
1042
1043 @itemize @bullet
1044 @item
1045 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1046 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1047
1048 For example, an operand whose constraints permit everything except
1049 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1050
1051 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1052 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1053 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1054 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1055 more selective.
1056
1057 @item
1058 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1059 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1060 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1061 compiler knows how to copy a register into another register of the
1062 proper class in order to make an instruction valid.
1063
1064 @cindex nonoffsettable memory reference
1065 @cindex memory reference, nonoffsettable
1066 @item
1067 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1068 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1069 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1070
1071 @item
1072 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1073 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1074 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1075 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1076
1077 @item
1078 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1079 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1080 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1081 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1082 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1083 objects allowed by the constraint.
1084 @end itemize
1085
1086 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1087 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1088 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1089 how to copy a register temporarily into memory.
1090
1091 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1092 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1093 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1094 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1095 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1096 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1097 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1098 @code{sign_extend}.
1099 @end ifset
1100
1101 @node Multi-Alternative
1102 @subsection Multiple Alternative Constraints
1103 @cindex multiple alternative constraints
1104
1105 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1106 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1107 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1108 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1109 another.
1110
1111 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1112 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1113 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1114 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1115 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1116 @ifset INTERNALS
1117 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1118
1119 @smallexample
1120 (define_insn "iorsi3"
1121   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1122         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1123                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1124   @dots{})
1125 @end smallexample
1126
1127 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1128 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1129 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1130 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1131 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1132 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1133 @end ifset
1134
1135 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1136 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1137 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1138 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1139 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1140 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1141 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1142
1143 @table @code
1144 @cindex @samp{?} in constraint
1145 @cindex question mark
1146 @item ?
1147 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1148 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1149 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1150 in it.
1151
1152 @cindex @samp{!} in constraint
1153 @cindex exclamation point
1154 @item !
1155 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1156 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1157 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1158 @end table
1159
1160 @ifset INTERNALS
1161 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1162 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1163 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1164 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1165 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1166 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1167 @end ifset
1168
1169 @ifset INTERNALS
1170 @node Class Preferences
1171 @subsection Register Class Preferences
1172 @cindex class preference constraints
1173 @cindex register class preference constraints
1174
1175 @cindex voting between constraint alternatives
1176 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1177 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1178 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1179 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1180 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1181 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1182 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1183 favor of a general register.  The machine description says which registers
1184 are considered general.
1185
1186 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1187 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1188 @end ifset
1189
1190 @node Modifiers
1191 @subsection Constraint Modifier Characters
1192 @cindex modifiers in constraints
1193 @cindex constraint modifier characters
1194
1195 @c prevent bad page break with this line
1196 Here are constraint modifier characters.
1197
1198 @table @samp
1199 @cindex @samp{=} in constraint
1200 @item =
1201 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1202 value is discarded and replaced by output data.
1203
1204 @cindex @samp{+} in constraint
1205 @item +
1206 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1207
1208 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1209 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1210 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1211 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1212 are assumed to be input only.
1213
1214 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1215 first character of the constraint string.
1216
1217 @cindex @samp{&} in constraint
1218 @cindex earlyclobber operand
1219 @item &
1220 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1221 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1222 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1223 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1224 address.
1225
1226 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1227 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1228 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1229 @samp{movdf} insn of the 68000.
1230
1231 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1232 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1233 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1234 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1235 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1236
1237 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1238
1239 @cindex @samp{%} in constraint
1240 @item %
1241 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1242 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1243 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1244 constraints.
1245 @ifset INTERNALS
1246 This is often used in patterns for addition instructions
1247 that really have only two operands: the result must go in one of the
1248 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1249 instruction is defined:
1250
1251 @smallexample
1252 (define_insn "addhi3"
1253   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1254      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1255               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1256   @dots{})
1257 @end smallexample
1258 @end ifset
1259 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more, 
1260 the compiler may fail.
1261
1262 @cindex @samp{#} in constraint
1263 @item #
1264 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1265 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1266 register preferences.
1267
1268 @cindex @samp{*} in constraint
1269 @item *
1270 Says that the following character should be ignored when choosing
1271 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1272 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1273
1274 @ifset INTERNALS
1275 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1276 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1277 copying it into an address register.  While either kind of register is
1278 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1279 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1280 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1281 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1282 register preferences.
1283
1284 @smallexample
1285 (define_insn "extendhisi2"
1286   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1287         (sign_extend:SI
1288          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1289   @dots{})
1290 @end smallexample
1291 @end ifset
1292 @end table
1293
1294 @node Machine Constraints
1295 @subsection Constraints for Particular Machines
1296 @cindex machine specific constraints
1297 @cindex constraints, machine specific
1298
1299 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1300 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1301 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1302 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1303 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1304 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1305 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1306 immediate-constant format.
1307
1308 For each machine architecture, the
1309 @file{config/@var{machine}/@var{machine}.h} file defines additional
1310 constraints.  These constraints are used by the compiler itself for
1311 instruction generation, as well as for @code{asm} statements; therefore,
1312 some of the constraints are not particularly interesting for @code{asm}.
1313 The constraints are defined through these macros:
1314
1315 @table @code
1316 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1317 Register class constraints (usually lower case).
1318
1319 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1320 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1321 word size or smaller precision (usually upper case).
1322
1323 @item CONST_DOUBLE_OK_FOR_LETTER_P
1324 Immediate constant constraints, for all floating point constants and for
1325 constants of greater than word size precision (usually upper case).
1326
1327 @item EXTRA_CONSTRAINT
1328 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1329 is only defined for some machines.
1330 @end table
1331
1332 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1333 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1334 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1335 available on some particular machines.
1336
1337 @table @emph
1338 @item ARM family---@file{arm.h}
1339 @table @code
1340 @item f
1341 Floating-point register
1342
1343 @item F
1344 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1345 or 10.0
1346
1347 @item G
1348 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1349 were negated
1350
1351 @item I
1352 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1353 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1354 multiple of 2
1355
1356 @item J
1357 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1358
1359 @item K
1360 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1361
1362 @item L
1363 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1364
1365 @item M
1366 Integer in the range 0 to 32
1367
1368 @item Q
1369 A memory reference where the exact address is in a single register
1370 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1371
1372 @item R
1373 An item in the constant pool
1374
1375 @item S
1376 A symbol in the text segment of the current file
1377 @end table
1378
1379 @item AMD 29000 family---@file{a29k.h}
1380 @table @code
1381 @item l
1382 Local register 0
1383
1384 @item b
1385 Byte Pointer (@samp{BP}) register
1386
1387 @item q
1388 @samp{Q} register
1389
1390 @item h
1391 Special purpose register
1392
1393 @item A
1394 First accumulator register
1395
1396 @item a
1397 Other accumulator register
1398
1399 @item f
1400 Floating point register
1401
1402 @item I
1403 Constant greater than 0, less than 0x100
1404
1405 @item J
1406 Constant greater than 0, less than 0x10000
1407
1408 @item K
1409 Constant whose high 24 bits are on (1)
1410
1411 @item L
1412 16-bit constant whose high 8 bits are on (1)
1413
1414 @item M
1415 32-bit constant whose high 16 bits are on (1)
1416
1417 @item N
1418 32-bit negative constant that fits in 8 bits
1419
1420 @item O
1421 The constant 0x80000000 or, on the 29050, any 32-bit constant
1422 whose low 16 bits are 0.
1423
1424 @item P
1425 16-bit negative constant that fits in 8 bits
1426
1427 @item G
1428 @itemx H
1429 A floating point constant (in @code{asm} statements, use the machine
1430 independent @samp{E} or @samp{F} instead)
1431 @end table
1432
1433 @item AVR family---@file{avr.h}
1434 @table @code
1435 @item l
1436 Registers from r0 to r15
1437
1438 @item a
1439 Registers from r16 to r23
1440
1441 @item d
1442 Registers from r16 to r31
1443
1444 @item w
1445 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1446
1447 @item e
1448 Pointer register (r26--r31)
1449
1450 @item b
1451 Base pointer register (r28--r31)
1452
1453 @item q
1454 Stack pointer register (SPH:SPL)
1455
1456 @item t
1457 Temporary register r0
1458
1459 @item x
1460 Register pair X (r27:r26)
1461
1462 @item y
1463 Register pair Y (r29:r28)
1464
1465 @item z
1466 Register pair Z (r31:r30)
1467
1468 @item I
1469 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1470
1471 @item J
1472 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1473
1474 @item K
1475 Constant integer 2
1476
1477 @item L
1478 Constant integer 0
1479
1480 @item M
1481 Constant that fits in 8 bits
1482
1483 @item N
1484 Constant integer @minus{}1
1485
1486 @item O
1487 Constant integer 8, 16, or 24
1488
1489 @item P
1490 Constant integer 1
1491
1492 @item G
1493 A floating point constant 0.0
1494 @end table
1495
1496 @item IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1497 @table @code
1498 @item b
1499 Address base register
1500
1501 @item f
1502 Floating point register
1503
1504 @item h
1505 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1506
1507 @item q
1508 @samp{MQ} register
1509
1510 @item c
1511 @samp{CTR} register
1512
1513 @item l
1514 @samp{LINK} register
1515
1516 @item x
1517 @samp{CR} register (condition register) number 0
1518
1519 @item y
1520 @samp{CR} register (condition register)
1521
1522 @item z
1523 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1524
1525 @item I
1526 Signed 16-bit constant
1527
1528 @item J
1529 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1530 @code{SImode} constants)
1531
1532 @item K
1533 Unsigned 16-bit constant
1534
1535 @item L
1536 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1537
1538 @item M
1539 Constant larger than 31
1540
1541 @item N
1542 Exact power of 2
1543
1544 @item O
1545 Zero
1546
1547 @item P
1548 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1549
1550 @item G
1551 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1552 instruction per word
1553
1554 @item Q
1555 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1556 for @code{asm} statements)
1557
1558 @item R
1559 AIX TOC entry
1560
1561 @item S
1562 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1563
1564 @item T
1565 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1566
1567 @item U
1568 System V Release 4 small data area reference
1569 @end table
1570
1571 @item Intel 386---@file{i386.h}
1572 @table @code
1573 @item q
1574 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register for the i386.
1575 For x86-64 it is equivalent to @samp{r} class. (for 8-bit instructions that
1576 do not use upper halves)
1577
1578 @item Q
1579 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register. (for 8-bit instructions,
1580 that do use upper halves)
1581
1582 @item R
1583 Legacy register---equivalent to @code{r} class in i386 mode.
1584 (for non-8-bit registers used together with 8-bit upper halves in a single
1585 instruction)
1586
1587 @item A
1588 Specifies the @samp{a} or @samp{d} registers.  This is primarily useful
1589 for 64-bit integer values (when in 32-bit mode) intended to be returned
1590 with the @samp{d} register holding the most significant bits and the
1591 @samp{a} register holding the least significant bits.
1592
1593 @item f
1594 Floating point register
1595
1596 @item t
1597 First (top of stack) floating point register
1598
1599 @item u
1600 Second floating point register
1601
1602 @item a
1603 @samp{a} register
1604
1605 @item b
1606 @samp{b} register
1607
1608 @item c
1609 @samp{c} register
1610
1611 @item C
1612 Specifies constant that can be easilly constructed in SSE register without
1613 loading it from memory.
1614
1615 @item d
1616 @samp{d} register
1617
1618 @item D
1619 @samp{di} register
1620
1621 @item S
1622 @samp{si} register
1623
1624 @item x
1625 @samp{xmm} SSE register
1626
1627 @item y
1628 MMX register
1629
1630 @item I
1631 Constant in range 0 to 31 (for 32-bit shifts)
1632
1633 @item J
1634 Constant in range 0 to 63 (for 64-bit shifts)
1635
1636 @item K
1637 @samp{0xff}
1638
1639 @item L
1640 @samp{0xffff}
1641
1642 @item M
1643 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1644
1645 @item N
1646 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1647
1648 @item Z
1649 Constant in range 0 to @code{0xffffffff} or symbolic reference known to fit specified range.
1650 (for using immediates in zero extending 32-bit to 64-bit x86-64 instructions)
1651
1652 @item e
1653 Constant in range @minus{}2147483648 to 2147483647 or symbolic reference known to fit specified range.
1654 (for using immediates in 64-bit x86-64 instructions)
1655
1656 @item G
1657 Standard 80387 floating point constant
1658 @end table
1659
1660 @item Intel 960---@file{i960.h}
1661 @table @code
1662 @item f
1663 Floating point register (@code{fp0} to @code{fp3})
1664
1665 @item l
1666 Local register (@code{r0} to @code{r15})
1667
1668 @item b
1669 Global register (@code{g0} to @code{g15})
1670
1671 @item d
1672 Any local or global register
1673
1674 @item I
1675 Integers from 0 to 31
1676
1677 @item J
1678 0
1679
1680 @item K
1681 Integers from @minus{}31 to 0
1682
1683 @item G
1684 Floating point 0
1685
1686 @item H
1687 Floating point 1
1688 @end table
1689
1690 @item Intel IA-64---@file{ia64.h}
1691 @table @code
1692 @item a
1693 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
1694
1695 @item b
1696 Branch register
1697
1698 @item c
1699 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
1700
1701 @item d
1702 Application register residing in M-unit
1703
1704 @item e
1705 Application register residing in I-unit
1706
1707 @item f
1708 Floating-point register
1709
1710 @item m
1711 Memory operand.
1712 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
1713 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
1714 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
1715
1716 @item G
1717 Floating-point constant 0.0 or 1.0
1718
1719 @item I
1720 14-bit signed integer constant
1721
1722 @item J
1723 22-bit signed integer constant
1724
1725 @item K
1726 8-bit signed integer constant for logical instructions
1727
1728 @item L
1729 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
1730
1731 @item M
1732 6-bit unsigned integer constant for shift counts
1733
1734 @item N
1735 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
1736
1737 @item O
1738 The constant zero
1739
1740 @item P
1741 0 or -1 for @code{dep} instruction
1742
1743 @item Q
1744 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
1745
1746 @item R
1747 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
1748
1749 @item S
1750 Memory operand except postincrement and postdecrement
1751 @end table
1752
1753 @item FRV---@file{frv.h}
1754 @table @code
1755 @item a
1756 Register in the class ACC_REGS (@code{acc0} to @code{acc7}).
1757
1758 @item b
1759 Register in the class EVEN_ACC_REGS (@code{acc0} to @code{acc7}).
1760
1761 @item c
1762 Register in the class CC_REGS (@code{fcc0} to @code{fcc3} and @code{icc0} to @code{icc3}).
1763
1764 @item d
1765 Register in the class GPR_REGS (@code{gr0} to @code{gr63}).
1766
1767 @item e
1768 Register in the class EVEN_REGS (@code{gr0} to @code{gr63}).
1769 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
1770 mode larger than 4 bytes.
1771
1772 @item f
1773 Register in the class FPR_REGS (@code{fr0} to @code{fr63}).
1774
1775 @item h
1776 Register in the class FEVEN_REGS (@code{fr0} to @code{fr63}).
1777 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
1778 mode larger than 4 bytes.
1779
1780 @item l
1781 Register in the class LR_REG (the @code{lr} register).
1782
1783 @item q
1784 Register in the class QUAD_REGS (@code{gr2} to @code{gr63}).
1785 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
1786 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
1787
1788 @item t
1789 Register in the class ICC_REGS@ (@code{icc0} to @code{icc3}).
1790
1791 @item u
1792 Register in the class FCC_REGS (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
1793
1794 @item v
1795 Register in the class ICR_REGS (@code{cc4} to @code{cc7}).
1796
1797 @item w
1798 Register in the class FCR_REGS (@code{cc0} to @code{cc3}).
1799
1800 @item x
1801 Register in the class QUAD_FPR_REGS (@code{fr0} to @code{fr63}).
1802 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
1803 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
1804
1805 @item z
1806 Register in the class SPR_REGS (@code{lcr} and @code{lr}).
1807
1808 @item A
1809 Register in the class QUAD_ACC_REGS (@code{acc0} to @code{acc7}).
1810
1811 @item B
1812 Register in the class ACCG_REGS (@code{accg0} to @code{accg7}).
1813
1814 @item C
1815 Register in the class CR_REGS (@code{cc0} to @code{cc7}).
1816
1817 @item G
1818 Floating point constant zero
1819
1820 @item I
1821 6-bit signed integer constant
1822
1823 @item J
1824 10-bit signed integer constant
1825
1826 @item L
1827 16-bit signed integer constant
1828
1829 @item M
1830 16-bit unsigned integer constant
1831
1832 @item N
1833 12-bit signed integer constant that is negative - i.e. in the
1834 range of -2048 to -1
1835
1836 @item O
1837 Constant zero
1838
1839 @item P
1840 12-bit signed integer constant that is greater than zero - i.e. in the
1841 range of 1 to 2047.
1842
1843 @end table
1844
1845 @item IP2K---@file{ip2k.h}
1846 @table @code
1847 @item a
1848 @samp{DP} or @samp{IP} registers (general address)
1849
1850 @item f
1851 @samp{IP} register
1852
1853 @item j
1854 @samp{IPL} register
1855
1856 @item k
1857 @samp{IPH} register
1858
1859 @item b
1860 @samp{DP} register
1861
1862 @item y
1863 @samp{DPH} register
1864
1865 @item z
1866 @samp{DPL} register
1867
1868 @item q
1869 @samp{SP} register
1870
1871 @item c
1872 @samp{DP} or @samp{SP} registers (offsettable address)
1873
1874 @item d
1875 Non-pointer registers (not @samp{SP}, @samp{DP}, @samp{IP})
1876
1877 @item u
1878 Non-SP registers (everything except @samp{SP})
1879
1880 @item R
1881 Indirect thru @samp{IP} - Avoid this except for @code{QImode}, since we
1882 can't access extra bytes
1883
1884 @item S
1885 Indirect thru @samp{SP} or @samp{DP} with short displacement (0..127)
1886
1887 @item T
1888 Data-section immediate value
1889
1890 @item I
1891 Integers from @minus{}255 to @minus{}1
1892
1893 @item J
1894 Integers from 0 to 7---valid bit number in a register
1895
1896 @item K
1897 Integers from 0 to 127---valid displacement for addressing mode
1898
1899 @item L
1900 Integers from 1 to 127
1901
1902 @item M
1903 Integer @minus{}1
1904
1905 @item N
1906 Integer 1
1907
1908 @item O
1909 Zero
1910
1911 @item P
1912 Integers from 0 to 255
1913 @end table
1914
1915 @item MIPS---@file{mips.h}
1916 @table @code
1917 @item d
1918 General-purpose integer register
1919
1920 @item f
1921 Floating-point register (if available)
1922
1923 @item h
1924 @samp{Hi} register
1925
1926 @item l
1927 @samp{Lo} register
1928
1929 @item x
1930 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
1931
1932 @item y
1933 General-purpose integer register
1934
1935 @item z
1936 Floating-point status register
1937
1938 @item I
1939 Signed 16-bit constant (for arithmetic instructions)
1940
1941 @item J
1942 Zero
1943
1944 @item K
1945 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
1946
1947 @item L
1948 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
1949
1950 @item M
1951 32-bit constant which requires two instructions to load (a constant
1952 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
1953
1954 @item N
1955 Negative 16-bit constant
1956
1957 @item O
1958 Exact power of two
1959
1960 @item P
1961 Positive 16-bit constant
1962
1963 @item G
1964 Floating point zero
1965
1966 @item Q
1967 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
1968 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1969
1970 @item R
1971 Memory reference that can be loaded with one instruction
1972 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1973
1974 @item S
1975 Memory reference in external OSF/rose PIC format
1976 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1977 @end table
1978
1979 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
1980 @table @code
1981 @item a
1982 Address register
1983
1984 @item d
1985 Data register
1986
1987 @item f
1988 68881 floating-point register, if available
1989
1990 @item x
1991 Sun FPA (floating-point) register, if available
1992
1993 @item y
1994 First 16 Sun FPA registers, if available
1995
1996 @item I
1997 Integer in the range 1 to 8
1998
1999 @item J
2000 16-bit signed number
2001
2002 @item K
2003 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2004
2005 @item L
2006 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2007
2008 @item M
2009 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2010
2011 @item G
2012 Floating point constant that is not a 68881 constant
2013
2014 @item H
2015 Floating point constant that can be used by Sun FPA
2016 @end table
2017
2018 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{m68hc11.h}
2019 @table @code
2020 @item a
2021 Register 'a'
2022
2023 @item b
2024 Register 'b'
2025
2026 @item d
2027 Register 'd'
2028
2029 @item q
2030 An 8-bit register
2031
2032 @item t
2033 Temporary soft register _.tmp
2034
2035 @item u
2036 A soft register _.d1 to _.d31
2037
2038 @item w
2039 Stack pointer register
2040
2041 @item x
2042 Register 'x'
2043
2044 @item y
2045 Register 'y'
2046
2047 @item z
2048 Pseudo register 'z' (replaced by 'x' or 'y' at the end)
2049
2050 @item A
2051 An address register: x, y or z
2052
2053 @item B
2054 An address register: x or y
2055
2056 @item D
2057 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
2058
2059 @item L
2060 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
2061
2062 @item M
2063 Constants whose 16-bit low part is zero
2064
2065 @item N
2066 Constant integer 1 or @minus{}1
2067
2068 @item O
2069 Constant integer 16
2070
2071 @item P
2072 Constants in the range @minus{}8 to 2
2073
2074 @end table
2075
2076 @need 1000
2077 @item SPARC---@file{sparc.h}
2078 @table @code
2079 @item f
2080 Floating-point register that can hold 32- or 64-bit values.
2081
2082 @item e
2083 Floating-point register that can hold 64- or 128-bit values.
2084
2085 @item I
2086 Signed 13-bit constant
2087
2088 @item J
2089 Zero
2090
2091 @item K
2092 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2093 loaded with the @code{sethi} instruction)
2094
2095 @item L
2096 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2097
2098 @item M
2099 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2100
2101 @item N
2102 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2103 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2104 modes wider than @code{SImode}
2105
2106 @item G
2107 Floating-point zero
2108
2109 @item H
2110 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2111
2112 @item Q
2113 Floating-point constant whose integral representation can
2114 be moved into an integer register using a single sethi
2115 instruction
2116
2117 @item R
2118 Floating-point constant whose integral representation can
2119 be moved into an integer register using a single mov
2120 instruction
2121
2122 @item S
2123 Floating-point constant whose integral representation can
2124 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2125 instruction sequence
2126
2127 @item T
2128 Memory address aligned to an 8-byte boundary
2129
2130 @item U
2131 Even register
2132
2133 @item W
2134 Memory address for @samp{e} constraint registers.
2135
2136 @end table
2137
2138 @item TMS320C3x/C4x---@file{c4x.h}
2139 @table @code
2140 @item a
2141 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
2142
2143 @item b
2144 Stack pointer register (sp)
2145
2146 @item c
2147 Standard (32-bit) precision integer register
2148
2149 @item f
2150 Extended (40-bit) precision register (r0-r11)
2151
2152 @item k
2153 Block count register (bk)
2154
2155 @item q
2156 Extended (40-bit) precision low register (r0-r7)
2157
2158 @item t
2159 Extended (40-bit) precision register (r0-r1)
2160
2161 @item u
2162 Extended (40-bit) precision register (r2-r3)
2163
2164 @item v
2165 Repeat count register (rc)
2166
2167 @item x
2168 Index register (ir0-ir1)
2169
2170 @item y
2171 Status (condition code) register (st)
2172
2173 @item z
2174 Data page register (dp)
2175
2176 @item G
2177 Floating-point zero
2178
2179 @item H
2180 Immediate 16-bit floating-point constant
2181
2182 @item I
2183 Signed 16-bit constant
2184
2185 @item J
2186 Signed 8-bit constant
2187
2188 @item K
2189 Signed 5-bit constant
2190
2191 @item L
2192 Unsigned 16-bit constant
2193
2194 @item M
2195 Unsigned 8-bit constant
2196
2197 @item N
2198 Ones complement of unsigned 16-bit constant
2199
2200 @item O
2201 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero)
2202
2203 @item Q
2204 Indirect memory reference with signed 8-bit or index register displacement
2205
2206 @item R
2207 Indirect memory reference with unsigned 5-bit displacement
2208
2209 @item S
2210 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement
2211
2212 @item T
2213 Direct memory reference
2214
2215 @item U
2216 Symbolic address
2217
2218 @end table
2219
2220 @item S/390 and zSeries---@file{s390.h}
2221 @table @code
2222 @item a
2223 Address register (general purpose register except r0)
2224
2225 @item d
2226 Data register (arbitrary general purpose register)
2227
2228 @item f
2229 Floating-point register
2230
2231 @item I
2232 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2233
2234 @item J
2235 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2236
2237 @item K
2238 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2239
2240 @item L
2241 Unsigned 16-bit constant (0--65535)
2242
2243 @item Q
2244 Memory reference without index register
2245
2246 @item S
2247 Symbolic constant suitable for use with the @code{larl} instruction
2248
2249 @end table
2250
2251 @item Xstormy16---@file{stormy16.h}
2252 @table @code
2253 @item a
2254 Register r0.
2255
2256 @item b
2257 Register r1.
2258
2259 @item c
2260 Register r2.
2261
2262 @item d
2263 Register r8.
2264
2265 @item e
2266 Registers r0 through r7.
2267
2268 @item t
2269 Registers r0 and r1.
2270
2271 @item y
2272 The carry register.
2273
2274 @item z
2275 Registers r8 and r9.
2276
2277 @item I
2278 A constant between 0 and 3 inclusive.
2279
2280 @item J
2281 A constant that has exactly one bit set.
2282
2283 @item K
2284 A constant that has exactly one bit clear.
2285
2286 @item L
2287 A constant between 0 and 255 inclusive.
2288
2289 @item M
2290 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
2291
2292 @item N
2293 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
2294
2295 @item O
2296 A constant between 1 and 4 inclusive.
2297
2298 @item P
2299 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
2300
2301 @item Q
2302 A memory reference that is a stack push.
2303
2304 @item R
2305 A memory reference that is a stack pop.
2306
2307 @item S
2308 A memory reference that refers to an constant address of known value.
2309
2310 @item T
2311 The register indicated by Rx (not implemented yet).
2312
2313 @item U
2314 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
2315
2316 @end table
2317
2318 @item Xtensa---@file{xtensa.h}
2319 @table @code
2320 @item a
2321 General-purpose 32-bit register
2322
2323 @item b
2324 One-bit boolean register
2325
2326 @item A
2327 MAC16 40-bit accumulator register
2328
2329 @item I
2330 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
2331
2332 @item J
2333 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
2334
2335 @item K
2336 Integer constant valid for BccI instructions
2337
2338 @item L
2339 Unsigned constant valid for BccUI instructions
2340
2341 @end table
2342
2343 @end table
2344
2345 @ifset INTERNALS
2346 @node Standard Names
2347 @section Standard Pattern Names For Generation
2348 @cindex standard pattern names
2349 @cindex pattern names
2350 @cindex names, pattern
2351
2352 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
2353 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
2354 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
2355 pattern to accomplish a certain task.
2356
2357 @table @asis
2358 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
2359 @item @samp{mov@var{m}}
2360 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lower case.
2361 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
2362 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
2363
2364 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
2365 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
2366 to store the specified value in the part of the register that corresponds
2367 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
2368 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
2369 outside the target word are left unchanged.
2370
2371 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
2372 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
2373 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
2374 If there are patterns accepting operands in larger modes,
2375 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
2376
2377 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
2378 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
2379 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
2380 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
2381 into a register.
2382
2383 @findex force_reg
2384 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
2385 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
2386 registers other than the operands.  For example, if you support the
2387 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
2388 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
2389 function which might generate new pseudo registers.
2390
2391 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
2392 fetching those modes from memory normally requires several insns and
2393 some temporary registers.
2394
2395 @findex change_address
2396 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
2397 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
2398 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
2399 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
2400 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
2401 an address into a valid address and no routine (such as
2402 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
2403 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
2404
2405 @findex reload_in_progress
2406 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
2407 declared if required) can be used to determine whether such special
2408 handling is required.
2409
2410 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
2411 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
2412 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
2413 machines explicit memory references will get optional reloads.
2414
2415 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
2416 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
2417
2418 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
2419 you must define @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and/or
2420 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
2421 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
2422 them.  @xref{Register Classes}.
2423
2424 @findex no_new_pseudos
2425 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
2426 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
2427 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
2428
2429 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
2430 register to any other hard register provided that
2431 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
2432 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
2433
2434 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
2435 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
2436 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
2437 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
2438 point members.
2439
2440 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
2441 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
2442 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
2443 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
2444 floating point registers, then the constraints of the fixed point
2445 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
2446 reload into a floating point register.
2447
2448 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
2449 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
2450 @item @samp{reload_in@var{m}}
2451 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
2452 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
2453 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
2454 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
2455 macro in @pxref{Register Classes}.
2456
2457 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
2458 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
2459 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
2460 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
2461 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
2462 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
2463 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
2464 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
2465 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
2466 for these patterns.
2467
2468 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
2469 @item @samp{movstrict@var{m}}
2470 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
2471 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
2472 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
2473 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
2474
2475 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
2476 @item @samp{load_multiple}
2477 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
2478 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
2479 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
2480 number of consecutive registers.
2481
2482 Define this only if the target machine really has such an instruction;
2483 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
2484 registers from memory is to do them one at a time.
2485
2486 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
2487 registers can be stored into memory, such as particular starting or
2488 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
2489 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
2490 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
2491
2492 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
2493 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
2494 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
2495 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
2496 @file{a29k.md} and @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn
2497 pattern.
2498
2499 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
2500 @item @samp{store_multiple}
2501 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
2502 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
2503 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
2504 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
2505
2506 @cindex @code{push@var{m}} instruction pattern
2507 @item @samp{push@var{m}}
2508 Output an push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
2509 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
2510 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
2511 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
2512 method is deprecated.
2513
2514 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
2515 @item @samp{add@var{m}3}
2516 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
2517 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
2518 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
2519
2520 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
2521 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
2522 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
2523 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
2524 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
2525 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
2526 @cindex @code{smin@var{m}3} instruction pattern
2527 @cindex @code{smax@var{m}3} instruction pattern
2528 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
2529 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
2530 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
2531 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
2532 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
2533 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
2534 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}, @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
2535 @itemx @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}, @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
2536 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
2537 Similar, for other arithmetic operations.
2538 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
2539 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
2540 @itemx @samp{min@var{m}3}, @samp{max@var{m}3}
2541 Floating point min and max operations.  If both operands are zeros,
2542 or if either operand is NaN, then it is unspecified which of the two
2543 operands is returned as the result.
2544
2545
2546 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
2547 @item @samp{mulhisi3}
2548 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
2549 a @code{SImode} product in operand 0.
2550
2551 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
2552 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
2553 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
2554 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
2555
2556 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
2557 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
2558 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
2559 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
2560 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
2561 multiplication.
2562
2563 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2564 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
2565 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
2566 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
2567 The least significant half of the product is discarded.
2568
2569 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2570 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
2571 Similar, but the multiplication is unsigned.
2572
2573 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
2574 @item @samp{divmod@var{m}4}
2575 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
2576 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
2577 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
2578
2579 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
2580 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
2581 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
2582 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
2583 and remainder are computed.
2584
2585 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
2586 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
2587 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
2588 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
2589 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
2590
2591 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
2592 @item @samp{udivmod@var{m}4}
2593 Similar, but does unsigned division.
2594
2595 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
2596 @item @samp{ashl@var{m}3}
2597 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
2598 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
2599 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
2600 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
2601 mode before generating the instruction.
2602
2603 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
2604 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
2605 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
2606 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
2607 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
2608 Other shift and rotate instructions, analogous to the
2609 @code{ashl@var{m}3} instructions.
2610
2611 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
2612 @item @samp{neg@var{m}2}
2613 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
2614
2615 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
2616 @item @samp{abs@var{m}2}
2617 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
2618
2619 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
2620 @item @samp{sqrt@var{m}2}
2621 Store the square root of operand 1 into operand 0.
2622
2623 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
2624 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
2625 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2626 type @code{float}.
2627
2628 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
2629 @item @samp{cos@var{m}2}
2630 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
2631
2632 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
2633 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
2634 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2635 type @code{float}.
2636
2637 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
2638 @item @samp{sin@var{m}2}
2639 Store the sine of operand 1 into operand 0.
2640
2641 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
2642 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
2643 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2644 type @code{float}.
2645
2646 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
2647 @item @samp{exp@var{m}2}
2648 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
2649
2650 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
2651 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
2652 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2653 type @code{float}.
2654
2655 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
2656 @item @samp{log@var{m}2}
2657 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
2658
2659 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
2660 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
2661 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2662 type @code{float}.
2663
2664 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
2665 @item @samp{ffs@var{m}2}
2666 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
2667 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
2668 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
2669 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
2670 generating the instruction.
2671
2672 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
2673 corresponds to the C data type @code{int}.
2674
2675 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
2676 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
2677 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
2678
2679 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
2680 @item @samp{cmp@var{m}}
2681 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
2682 The RTL pattern should look like this:
2683
2684 @smallexample
2685 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2686                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
2687 @end smallexample
2688
2689 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
2690 @item @samp{tst@var{m}}
2691 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
2692 The RTL pattern should look like this:
2693
2694 @smallexample
2695 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
2696 @end smallexample
2697
2698 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
2699 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
2700 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
2701 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
2702
2703 @cindex @code{movstr@var{m}} instruction pattern
2704 @item @samp{movstr@var{m}}
2705 Block move instruction.  The addresses of the destination and source
2706 strings are the first two operands, and both are in mode @code{Pmode}.
2707
2708 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
2709 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
2710 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
2711 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
2712 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
2713 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
2714 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
2715
2716 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
2717 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
2718 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
2719 it may provide the value 4 for this operand.
2720
2721 Descriptions of multiple @code{movstr@var{m}} patterns can only be
2722 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
2723 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
2724 in @code{movstr@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
2725 individually moved data units in the block.
2726
2727 These patterns need not give special consideration to the possibility
2728 that the source and destination strings might overlap.
2729
2730 @cindex @code{clrstr@var{m}} instruction pattern
2731 @item @samp{clrstr@var{m}}
2732 Block clear instruction.  The addresses of the destination string is the
2733 first operand, in mode @code{Pmode}.  The number of bytes to clear is
2734 the second operand, in mode @var{m}.  See @samp{movstr@var{m}} for
2735 a discussion of the choice of mode.
2736
2737 The third operand is the known alignment of the destination, in the form
2738 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
2739 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
2740 operand.
2741
2742 The use for multiple @code{clrstr@var{m}} is as for @code{movstr@var{m}}.
2743
2744 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
2745 @item @samp{cmpstr@var{m}}
2746 Block compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
2747 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
2748 of @samp{movstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
2749 byte by byte in lexicographic order.  The effect of the instruction is
2750 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
2751 comparison.
2752
2753 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
2754 @item @samp{strlen@var{m}}
2755 Compute the length of a string, with three operands.
2756 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
2757 a @code{mem} referring to the first character of the string,
2758 operand 2 is the character to search for (normally zero),
2759 and operand 3 is a constant describing the known alignment
2760 of the beginning of the string.
2761
2762 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
2763 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
2764 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
2765 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2766 @var{n}).
2767
2768 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
2769 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
2770 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
2771 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2772 @var{n}).
2773
2774 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
2775 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
2776 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2777 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
2778 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
2779 the value of operand 1 is an integer.
2780
2781 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
2782 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
2783 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2784 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
2785 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
2786 value of operand 1 is an integer.
2787
2788 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
2789 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
2790 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
2791 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
2792 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
2793
2794 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2795 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
2796 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
2797 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2798
2799 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2800 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
2801 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
2802 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2803
2804 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
2805 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
2806 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2807 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2808 point or both floating point.
2809
2810 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
2811 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
2812 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2813 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2814 point or both floating point.
2815
2816 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
2817 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
2818 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2819 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2820 point.
2821
2822 @cindex @code{extv} instruction pattern
2823 @item @samp{extv}
2824 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
2825 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
2826 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
2827 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
2828 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
2829 be valid for @code{word_mode}.
2830
2831 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2832 for operands 2 and 3.
2833
2834 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
2835 before it is stored in operand 0.
2836
2837 @cindex @code{extzv} instruction pattern
2838 @item @samp{extzv}
2839 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
2840
2841 @cindex @code{insv} instruction pattern
2842 @item @samp{insv}
2843 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
2844 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
2845 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
2846 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
2847 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
2848
2849 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2850 for operands 1 and 2.
2851
2852 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
2853 @item @samp{mov@var{mode}cc}
2854 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
2855 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
2856 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
2857
2858 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
2859 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
2860 conditionally move an integer value based on the floating point condition
2861 codes and vice versa.
2862
2863 If the machine does not have conditional move instructions, do not
2864 define these patterns.
2865
2866 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
2867 @item @samp{s@var{cond}}
2868 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
2869 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
2870 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
2871 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
2872
2873 You specify the mode that the operand must have when you write the
2874 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
2875 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
2876
2877 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
2878 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
2879 you should omit it from the machine description.  You describe to the
2880 compiler exactly which value is stored by defining the macro
2881 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
2882 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
2883 should omit those operations from the machine description.
2884
2885 These operations may fail, but should do so only in relatively
2886 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
2887 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
2888
2889 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
2890 that copies the constant one to the target and branches around an
2891 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
2892 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
2893 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
2894 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
2895 the machine description.
2896
2897 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
2898 @item @samp{b@var{cond}}
2899 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
2900 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
2901 condition @var{cond}.
2902
2903 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
2904 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
2905 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
2906 simply store the operands away and generate all the required insns in a
2907 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
2908 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
2909 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
2910 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
2911
2912 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
2913 where the mode used for the comparison depends on the condition being
2914 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
2915
2916 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
2917 @samp{s@var{cond}} patterns.
2918
2919 @cindex @code{jump} instruction pattern
2920 @item @samp{jump}
2921 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
2922 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
2923 on all machines.
2924
2925 @cindex @code{call} instruction pattern
2926 @item @samp{call}
2927 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
2928 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
2929 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
2930 operands.
2931
2932 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
2933 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
2934 to put this information into the assembler code; they can put it in
2935 the RTL instead of operand 1.
2936
2937 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
2938 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
2939 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
2940 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
2941 instruction, the pattern for this operation should be a
2942 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
2943 address into a register and uses that register in the call instruction.
2944
2945 @cindex @code{call_value} instruction pattern
2946 @item @samp{call_value}
2947 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
2948 register in which the value is returned.  There are three more
2949 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
2950 instruction (but with numbers increased by one).
2951
2952 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
2953 insn.
2954
2955 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
2956 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
2957 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
2958 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
2959 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
2960 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
2961 adjustment made to the frame pointer.
2962
2963 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
2964 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
2965 can be eliminated, if desired.
2966
2967 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
2968 @item @samp{untyped_call}
2969 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
2970 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
2971 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
2972 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2973 the saving of a function return value into the result block.
2974
2975 This instruction pattern should be defined to support
2976 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
2977 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
2978 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
2979 multiple registers that can hold a return value
2980 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
2981
2982 @cindex @code{return} instruction pattern
2983 @item @samp{return}
2984 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
2985 defined only if a single instruction can do all the work of returning
2986 from a function.
2987
2988 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
2989 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
2990 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
2991 some class of functions only requires one instruction to implement a
2992 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
2993 to save any registers or allocate stack space.
2994
2995 @findex reload_completed
2996 @findex leaf_function_p
2997 For such machines, the condition specified in this pattern should only
2998 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
2999 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
3000 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
3001 a register window push is required.
3002
3003 Machines that have conditional return instructions should define patterns
3004 such as
3005
3006 @smallexample
3007 (define_insn ""
3008   [(set (pc)
3009         (if_then_else (match_operator
3010                          0 "comparison_operator"
3011                          [(cc0) (const_int 0)])
3012                       (return)
3013                       (pc)))]
3014   "@var{condition}"
3015   "@dots{}")
3016 @end smallexample
3017
3018 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
3019 named @samp{return} pattern.
3020
3021 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
3022 @item @samp{untyped_return}
3023 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
3024 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
3025 instructions are needed to return a value of any type.
3026
3027 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
3028 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
3029 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3030 the restoring of a function return value from the result block.
3031
3032 @cindex @code{nop} instruction pattern
3033 @item @samp{nop}
3034 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
3035 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
3036 RTL pattern.
3037
3038 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
3039 @item @samp{indirect_jump}
3040 An instruction to jump to an address which is operand zero.
3041 This pattern name is mandatory on all machines.
3042
3043 @cindex @code{casesi} instruction pattern
3044 @item @samp{casesi}
3045 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
3046 This instruction takes five operands:
3047
3048 @enumerate
3049 @item
3050 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
3051
3052 @item
3053 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
3054
3055 @item
3056 The total range of indices in the table---the largest index
3057 minus the smallest one (both inclusive).
3058
3059 @item
3060 A label that precedes the table itself.
3061
3062 @item
3063 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
3064 (If the machine-description macro @code{CASE_DROPS_THROUGH} is defined,
3065 then an out-of-bounds index drops through to the code following
3066 the jump table instead of jumping to this label.  In that case,
3067 this label is not actually used by the @samp{casesi} instruction,
3068 but it is always provided as an operand.)
3069 @end enumerate
3070
3071 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
3072 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
3073 difference between the upper bound and the lower bound.
3074
3075 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
3076 @item @samp{tablejump}
3077 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
3078 capability which can be used to implement a dispatch table when there
3079 is no @samp{casesi} pattern.
3080
3081 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
3082 which should immediately precede the jump table.  If the macro
3083 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
3084 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
3085 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
3086 mode @code{Pmode}.
3087
3088 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
3089 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
3090 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
3091 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
3092
3093
3094 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
3095 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
3096 Conditional branch instruction that decrements a register and
3097 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
3098 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
3099 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
3100
3101 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
3102 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
3103 reduction is enabled.
3104
3105 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
3106 @item @samp{doloop_end}
3107 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
3108 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
3109 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
3110 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
3111 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
3112 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
3113 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
3114 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
3115 @xref{Looping Patterns}.
3116
3117 This optional instruction pattern should be defined for machines with
3118 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
3119 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
3120 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3121 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
3122 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
3123 too large for this instruction, make it fail.
3124
3125 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
3126 @item @samp{doloop_begin}
3127 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
3128 need to perform some initialization, such as loading special registers
3129 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
3130 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
3131 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
3132
3133
3134 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
3135 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
3136 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
3137 into operand 0.
3138
3139 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
3140 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
3141 and also has mode @code{Pmode}.
3142
3143 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
3144 the address of the function which would be called if the function
3145 pointer were used in an indirect call.
3146
3147 Only define this pattern if function pointers on the target machine
3148 can have different values but still call the same function when
3149 used in an indirect call.
3150
3151 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
3152 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
3153 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
3154 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
3155 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
3156 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
3157 @item @samp{save_stack_block}
3158 @itemx @samp{save_stack_function}
3159 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
3160 @itemx @samp{restore_stack_block}
3161 @itemx @samp{restore_stack_function}
3162 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
3163 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
3164 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
3165 such machines.
3166
3167 Some machines require special handling for stack pointer saves and
3168 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
3169 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
3170 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
3171 saves and restores are:
3172
3173 @enumerate
3174 @item
3175 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
3176 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
3177 restores the stack pointer when the block is exited.
3178
3179 @item
3180 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
3181 similar job for the outermost block of a function and are used when the
3182 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
3183 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
3184 restore sequence on some machines.
3185
3186 @item
3187 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
3188 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
3189 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
3190 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
3191 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
3192 and restoring additional data such as register window information or
3193 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
3194 such required data.
3195 @end enumerate
3196
3197 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
3198 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
3199 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
3200 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
3201 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
3202 for a particular type of save (either because no save is needed or
3203 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
3204 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
3205 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
3206 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
3207
3208 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
3209 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
3210 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
3211
3212 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
3213 @item @samp{allocate_stack}
3214 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
3215 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
3216
3217 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
3218 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
3219 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
3220 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
3221 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
3222 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
3223 stack is free.
3224
3225 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
3226 Some machines require other operations such as stack probes or
3227 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
3228 operations in addition to updating the stack pointer.
3229
3230 @cindex @code{probe} instruction pattern
3231 @item @samp{probe}
3232 Some machines require instructions to be executed after space is
3233 allocated from the stack, for example to generate a reference at
3234 the bottom of the stack.
3235
3236 If you need to emit instructions before the stack has been adjusted,
3237 put them into the @samp{allocate_stack} pattern.  Otherwise, define
3238 this pattern to emit the required instructions.
3239
3240 No operands are provided.
3241
3242 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
3243 @item @samp{check_stack}
3244 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
3245 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
3246 to perform the needed check and signaling an error if the stack
3247 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
3248 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
3249 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
3250 limit from a global or thread-specific variable or register.
3251
3252 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
3253 @item @samp{nonlocal_goto}
3254 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
3255 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
3256 each representing a value to be used in the jump.  The first
3257 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
3258 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
3259 the third is the address of a location where the stack is saved,
3260 and the last is the address of the label, to be placed in the
3261 location for the incoming static chain.
3262
3263 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
3264 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
3265 and static chain, restore the stack (using the
3266 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
3267 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
3268 not work on your machine.
3269
3270 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
3271 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
3272 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
3273 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
3274 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
3275 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
3276 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
3277 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
3278 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
3279 There are no arguments.
3280
3281 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
3282 @item @samp{exception_receiver}
3283 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3284 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3285 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3286 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3287 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
3288 an exception.  There are no arguments.
3289
3290 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
3291 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
3292 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
3293 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
3294 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
3295 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
3296 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
3297 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
3298 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
3299 the first three are normally used by the generic mechanism.
3300
3301 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
3302 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
3303 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3304 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3305 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3306 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3307 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
3308 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
3309 at a small offset from that label.
3310
3311 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
3312 @item @samp{builtin_longjmp}
3313 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
3314 You will not normally need to define this pattern unless you also define
3315 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
3316 @code{jmp_buf}.
3317
3318 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
3319 @item @samp{eh_return}
3320 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
3321 and thence the call frame exception handling library routines, are
3322 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
3323 the abnormal return path.
3324
3325 The pattern takes two arguments.  The first is an offset to be applied
3326 to the stack pointer.  It will have been copied to some appropriate
3327 location (typically @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX}) which will survive
3328 until after reload to when the normal epilogue is generated.
3329 The second argument is the address of the exception handler to which
3330 the function should return.  This will normally need to copied by the
3331 pattern to some special register or memory location.
3332
3333 This pattern only needs to be defined if call frame exception handling
3334 is to be used, and simple moves involving @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX}
3335 and @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX} are not sufficient.
3336
3337 @cindex @code{prologue} instruction pattern
3338 @anchor{prologue instruction pattern}
3339 @item @samp{prologue}
3340 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
3341 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
3342 pointer register, saving callee saved registers, etc.
3343
3344 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
3345 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
3346
3347 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
3348 instruction scheduling.
3349
3350 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
3351 @anchor{epilogue instruction pattern}
3352 @item @samp{epilogue}
3353 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
3354 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
3355 registers and emitting the return instruction.
3356
3357 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
3358 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
3359
3360 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
3361 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
3362
3363 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
3364 @item @samp{sibcall_epilogue}
3365 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
3366 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
3367 sibling call (aka tail call) sites.
3368
3369 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
3370 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
3371 function.
3372
3373 @cindex @code{trap} instruction pattern
3374 @item @samp{trap}
3375 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
3376 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
3377 front end to signal `invalid array index' exceptions.
3378
3379 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
3380 @item @samp{conditional_trap}
3381 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
3382 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
3383
3384 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
3385
3386 @smallexample
3387 (define_insn "conditional_trap"
3388   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
3389              [(cc0) (const_int 0)])
3390             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
3391   ""
3392   "@dots{}")
3393 @end smallexample
3394
3395 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
3396 @item @samp{prefetch}
3397
3398 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
3399 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
3400 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
3401 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
3402 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
3403 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
3404 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
3405 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
3406 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
3407
3408 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
3409 the values of operands 1 and 2.
3410
3411 @end table
3412
3413 @node Pattern Ordering
3414 @section When the Order of Patterns Matters
3415 @cindex Pattern Ordering
3416 @cindex Ordering of Patterns
3417
3418 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
3419 pattern that appears first in the machine description is the one used.
3420 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
3421 and faster instructions (those that will produce better code when they
3422 do match) should usually go first in the description.
3423
3424 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
3425 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
3426 instruction for converting a fullword to floating point and another
3427 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
3428 an integer to floating point could match either one.  We put the
3429 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
3430 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
3431 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
3432 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
3433 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
3434 constant value.
3435
3436 @node Dependent Patterns
3437 @section Interdependence of Patterns
3438 @cindex Dependent Patterns
3439 @cindex Interdependence of Patterns
3440
3441 Every machine description must have a named pattern for each of the
3442 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
3443 must always have the form
3444
3445 @example
3446 (set (pc)
3447      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3448                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
3449                    (pc)))
3450 @end example
3451
3452 @noindent
3453 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
3454 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
3455 look like
3456
3457 @example
3458 (set (pc)
3459      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3460                    (pc)
3461                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
3462 @end example
3463
3464 @noindent
3465 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
3466 branches into reverse-conditional branches.
3467
3468 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
3469 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
3470 example,
3471
3472 @example
3473 (define_insn ""
3474   [(set (pc)
3475         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
3476                                       [(cc0) (const_int 0)])
3477                       (pc)
3478                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
3479   "@var{condition}"
3480   "@dots{}")
3481 @end example
3482
3483 In some cases machines support instructions identical except for the
3484 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
3485 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
3486 patterns are
3487
3488 @example
3489 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3490      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
3491
3492 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3493      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
3494 @end example
3495
3496 @noindent
3497 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
3498 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
3499 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
3500 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
3501 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
3502 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
3503
3504 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
3505 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
3506 compilations.
3507
3508 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
3509 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
3510 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
3511 you should not provide separate patterns for increment and decrement
3512 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
3513 that supports register-register add insns by examining the operands and
3514 generating the appropriate machine instruction.
3515
3516 @node Jump Patterns
3517 @section Defining Jump Instruction Patterns
3518 @cindex jump instruction patterns
3519 @cindex defining jump instruction patterns
3520
3521 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
3522 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
3523 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
3524 insn tests the condition code and branches or not according its value.
3525 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
3526 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
3527 way.
3528
3529 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
3530 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
3531 these machines is to treat them just like the others until the final stage
3532 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
3533 compare instruction, peek ahead at the following branch using
3534 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
3535 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
3536 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
3537 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
3538 can treat signed and unsigned branches identically.
3539
3540 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
3541 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
3542 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
3543 until the end.
3544
3545 To go with this technique, you must define the machine-description macro
3546 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
3547 compare instruction is superfluous.
3548
3549 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
3550 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
3551 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
3552 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
3553 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
3554
3555 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
3556 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
3557 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
3558 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
3559 above in addition to any special patterns you define.
3560
3561 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
3562 code and there may not even be a separate condition code register.  On
3563 these machines, the restriction that the definition and use of the
3564 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
3565 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
3566 delay for taken branches unless the condition code register is set three
3567 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
3568 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
3569 separate the definition and use of the condition code register.
3570
3571 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
3572 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
3573 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
3574 comparison result can be placed in any general register, or if there are
3575 multiple condition registers, use a pseudo register.
3576
3577 @findex prev_cc0_setter
3578 @findex next_cc0_user
3579 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
3580 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
3581 SPARC, setting the condition code directly from an add or subtract
3582 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
3583 instruction does, so a different branch instruction must be used for
3584 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
3585 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
3586 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
3587 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
3588 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
3589 and @code{next_cc0_user}.
3590
3591 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
3592 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
3593 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
3594 we use the machine mode of the condition code register to record
3595 different formats of the condition code register.
3596
3597 Registers used to store the condition code value should have a mode that
3598 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
3599 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
3600 the SPARC), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
3601 additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
3602 @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
3603
3604 If it is known during RTL generation that a different mode will be
3605 required (for example, if the machine has separate compare instructions
3606 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
3607 be specified at that time.
3608
3609 If the cases that require different modes would be made by instruction
3610 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
3611 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
3612 written using that mode.  To support the case of the add on the SPARC
3613 discussed above, we have the pattern
3614
3615 @smallexample
3616 (define_insn ""
3617   [(set (reg:CC_NOOV 0)
3618         (compare:CC_NOOV
3619           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
3620                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
3621           (const_int 0)))]
3622   ""
3623   "@dots{}")
3624 @end smallexample
3625
3626 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the SPARC returns @code{CC_NOOVmode}
3627 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
3628
3629 @node Looping Patterns
3630 @section Defining Looping Instruction Patterns
3631 @cindex looping instruction patterns
3632 @cindex defining looping instruction patterns
3633
3634 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
3635 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
3636 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
3637 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
3638 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
3639 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
3640 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
3641 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
3642 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
3643 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
3644 the jump.
3645
3646 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
3647 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
3648 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
3649 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
3650 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
3651 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
3652 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
3653 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
3654 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
3655 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
3656 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
3657 following for its @code{dbra} instruction:
3658
3659 @smallexample
3660 @group
3661 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3662   [(set (pc)
3663         (if_then_else
3664           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3665                        (const_int -1))
3666               (const_int 0))
3667           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3668           (pc)))
3669    (set (match_dup 0)
3670         (plus:SI (match_dup 0)
3671                  (const_int -1)))]
3672   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3673   "@dots{}")
3674 @end group
3675 @end smallexample
3676
3677 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
3678 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
3679 since this insn is generated by the instruction combination phase
3680 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
3681 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
3682 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
3683 pattern will not be matched by the combiner.
3684
3685 @smallexample
3686 @group
3687 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3688   [(set (pc)
3689         (if_then_else
3690           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3691               (const_int 1))
3692           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3693           (pc)))
3694    (set (match_dup 0)
3695         (plus:SI (match_dup 0)
3696                  (const_int -1)))]
3697   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3698   "@dots{}")
3699 @end group
3700 @end smallexample
3701
3702 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
3703 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
3704 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
3705 information collected during strength reduction.
3706
3707 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
3708 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
3709 is an optional companion pattern that can be used for initialization
3710 needed for some low-overhead looping instructions.
3711
3712 Note that some machines require the actual looping instruction to be
3713 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
3714 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
3715 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
3716 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
3717 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
3718 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
3719 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
3720 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
3721 desired special iteration counter register was not allocated, this
3722 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
3723 instruction pair.
3724
3725 The essential difference between the
3726 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
3727 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
3728 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
3729 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
3730 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
3731 may become redundant and removed by the flow pass.
3732
3733
3734 @node Insn Canonicalizations
3735 @section Canonicalization of Instructions
3736 @cindex canonicalization of instructions
3737 @cindex insn canonicalization
3738
3739 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
3740 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
3741 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
3742 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
3743 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
3744 number of insn patterns required.
3745
3746 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
3747 are performed:
3748
3749 @itemize @bullet
3750 @item
3751 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
3752 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
3753 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
3754 be supplied.
3755
3756 @cindex @code{neg}, canonicalization of
3757 @cindex @code{not}, canonicalization of
3758 @cindex @code{mult}, canonicalization of
3759 @cindex @code{plus}, canonicalization of
3760 @cindex @code{minus}, canonicalization of
3761 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
3762 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
3763 first operand.
3764
3765 @item
3766 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
3767 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
3768 the operations as far as possible.  For instance, 
3769 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
3770 @code{(plus (mult (neg A) B) C)} is canonicalized as
3771 @code{(minus A (mult B C))}.
3772
3773 @cindex @code{compare}, canonicalization of
3774 @item
3775 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
3776 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
3777 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
3778 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
3779 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
3780 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
3781 such an instruction.
3782
3783 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
3784 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
3785 above.
3786
3787 @item
3788 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
3789 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
3790
3791 @item
3792 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
3793 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
3794
3795 @cindex @code{ior}, canonicalization of
3796 @cindex @code{and}, canonicalization of
3797 @cindex De Morgan's law
3798 @item
3799 De`Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
3800 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
3801 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
3802
3803 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
3804 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
3805 for that instruction as
3806
3807 @example
3808 (define_insn ""
3809   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3810         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3811                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
3812   "@dots{}"
3813   "@dots{}")
3814 @end example
3815
3816 @noindent
3817 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
3818
3819 @example
3820 (define_insn ""
3821   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3822         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3823                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
3824   "@dots{}"
3825   "@dots{}")
3826 @end example
3827
3828 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
3829 logically equivalent RTL expressions.
3830
3831 @cindex @code{xor}, canonicalization of
3832 @item
3833 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
3834 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
3835 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
3836
3837 @item
3838 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
3839 the form
3840
3841 @example
3842 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
3843 @end example
3844
3845 @item
3846 On machines that do not use @code{cc0},
3847 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
3848 @var{x}.
3849
3850 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
3851 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
3852 @item
3853 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
3854 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
3855 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
3856
3857 @end itemize
3858
3859 @node Expander Definitions
3860 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
3861 @cindex expander definitions
3862 @cindex code generation RTL sequences
3863 @cindex defining RTL sequences for code generation
3864
3865 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
3866 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
3867 represent them.  For these target machines, you can write a
3868 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
3869
3870 @findex define_expand
3871 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
3872 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
3873 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
3874
3875 A @code{define_expand} RTX has four operands:
3876
3877 @itemize @bullet
3878 @item
3879 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
3880 use for it is to refer to it by name.
3881
3882 @item
3883 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
3884 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
3885 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
3886
3887 @item
3888 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
3889 used to express how the availability of this pattern depends on
3890 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
3891 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
3892 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
3893 depend on the data in the insn being matched, but only the
3894 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
3895 during initialization in order to learn exactly which named instructions
3896 are available in a particular run.
3897
3898 @item
3899 The preparation statements, a string containing zero or more C
3900 statements which are to be executed before RTL code is generated from
3901 the RTL template.
3902
3903 Usually these statements prepare temporary registers for use as
3904 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
3905 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
3906 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
3907 @end itemize
3908
3909 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
3910 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
3911 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
3912 it.
3913
3914 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
3915 also describes the operands that need to be specified when this pattern
3916 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
3917
3918 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
3919 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
3920 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
3921 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
3922 information to preload the operand into a register if that is required for
3923 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
3924 references should use @code{match_dup}.
3925
3926 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
3927 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
3928 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
3929 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
3930 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
3931 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
3932 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
3933 compute the values and store them into the appropriate elements of
3934 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
3935
3936 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
3937 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
3938 as a statement.
3939
3940 @table @code
3941
3942 @findex DONE
3943 @item DONE
3944 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
3945 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
3946 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
3947 preparation statements; the RTL template will not be generated.
3948
3949 @findex FAIL
3950 @item FAIL
3951 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
3952 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
3953 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
3954
3955 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
3956 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
3957 operations.
3958 @end table
3959
3960 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
3961 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
3962 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
3963 insn.
3964
3965 The RTL template is not used for matching, only for generating the
3966 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
3967 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
3968 list of operands, such as this example:
3969
3970 @smallexample
3971 @group
3972 (define_expand "addsi3"
3973   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3974    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
3975    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
3976 @end group
3977 @group
3978   ""
3979   "
3980 @{
3981   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
3982   DONE;
3983 @}")
3984 @end group
3985 @end smallexample
3986
3987 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
3988
3989 @smallexample
3990 @group
3991 (define_expand "ashlsi3"
3992   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3993         (ashift:SI
3994 @end group
3995 @group
3996           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
3997           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
3998   ""
3999   "
4000 @end group
4001 @end smallexample
4002
4003 @smallexample
4004 @group
4005 @{
4006   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
4007       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
4008     FAIL;
4009 @}")
4010 @end group
4011 @end smallexample
4012
4013 @noindent
4014 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
4015 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
4016 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
4017 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
4018 library call).
4019
4020 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
4021 patterns with names, then it would be possible to use a
4022 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
4023 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
4024
4025 @smallexample
4026 (define_expand "zero_extendhisi2"
4027   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
4028         (const_int 0))
4029    (set (strict_low_part
4030           (subreg:HI
4031             (match_dup 0)
4032             0))
4033         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
4034   ""
4035   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
4036 @end smallexample
4037
4038 @noindent
4039 @findex make_safe_from
4040 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
4041 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
4042 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
4043 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
4044 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
4045 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
4046 by emitting another RTL insn.
4047
4048 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
4049 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
4050 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
4051 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
4052 on this machine.  So it must be copied into a register with
4053 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
4054
4055 @smallexample
4056 (define_expand "zero_extendhisi2"
4057   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4058         (and:SI (subreg:SI
4059                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
4060                   0)
4061                 (match_dup 2)))]
4062   ""
4063   "operands[2]
4064      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
4065 @end smallexample
4066
4067 @strong{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
4068 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
4069 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
4070 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
4071 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
4072 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
4073 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
4074 in the compiler.
4075
4076 @node Insn Splitting
4077 @section Defining How to Split Instructions
4078 @cindex insn splitting
4079 @cindex instruction splitting
4080 @cindex splitting instructions
4081
4082 There are two cases where you should specify how to split a pattern
4083 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
4084 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
4085 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
4086 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
4087 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
4088 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
4089 cannot be placed into a delay slot.
4090
4091 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
4092 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
4093 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
4094 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
4095 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
4096 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
4097 scheduling.
4098
4099 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
4100 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
4101 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
4102 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
4103 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
4104 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
4105 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
4106 split the addition into two insns is machine-dependent.
4107
4108 @findex define_split
4109 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
4110 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
4111
4112 @smallexample
4113 (define_split
4114   [@var{insn-pattern}]
4115   "@var{condition}"
4116   [@var{new-insn-pattern-1}
4117    @var{new-insn-pattern-2}
4118    @dots{}]
4119   "@var{preparation-statements}")
4120 @end smallexample
4121
4122 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
4123 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
4124 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
4125 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
4126 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
4127 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
4128
4129 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
4130 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4131 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
4132 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
4133 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
4134 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
4135 must not allocate any space in the stack frame.
4136
4137 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
4138 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
4139 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
4140 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
4141 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
4142 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
4143 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
4144 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
4145 of those definitions.
4146
4147 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
4148 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
4149 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
4150
4151 @smallexample
4152 (define_split
4153   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4154         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
4155   ""
4156   [(set (match_dup 0)
4157         (ashift:SI (match_dup 1)
4158                    (const_int 16)))
4159    (set (match_dup 0)
4160         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
4161                      (const_int 16)))]
4162   "
4163 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
4164 @end smallexample
4165
4166 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
4167 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
4168 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
4169 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
4170 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
4171 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
4172 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
4173 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
4174 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
4175 @code{define_split} that will never produce insns that match).
4176
4177 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
4178 @file{rs6000.md}:
4179
4180 @smallexample
4181 (define_split
4182   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4183         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4184                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
4185   ""
4186   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
4187    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
4188 "
4189 @{
4190   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
4191   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
4192
4193   if (low & 0x8000)
4194     high++, low |= 0xffff0000;
4195
4196   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
4197   operands[4] = GEN_INT (low);
4198 @}")
4199 @end smallexample
4200
4201 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
4202 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
4203 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
4204 can be substituted into the address of a subsequent operation.
4205
4206 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
4207 an equality comparison of a register and a large constant:
4208
4209 @smallexample
4210 (define_split
4211   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
4212         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4213                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
4214    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
4215   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
4216    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
4217        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
4218   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
4219    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
4220   "
4221 @{
4222   /* Get the constant we are comparing against, C, and see what it
4223      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
4224      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.  */
4225
4226   int c = INTVAL (operands[2]);
4227   int sextc = (c << 16) >> 16;
4228   int xorv = c ^ sextc;
4229
4230   operands[4] = GEN_INT (xorv);
4231   operands[5] = GEN_INT (sextc);
4232 @}")
4233 @end smallexample
4234
4235 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
4236 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
4237 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
4238 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
4239 are not valid.
4240
4241 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
4242 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
4243 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
4244 several restriction apply.
4245
4246 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
4247 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
4248 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
4249 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
4250 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
4251 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump. An global variable
4252 @code{split_branch_probability} hold the probability of original branch in case
4253 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
4254 recomputing of edge frequencies, new sequence is required to have only
4255 forward jumps to the newly created labels.
4256
4257 @findex define_insn_and_split
4258 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
4259 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
4260 this:
4261
4262 @smallexample
4263 (define_insn_and_split
4264   [@var{insn-pattern}]
4265   "@var{condition}"
4266   "@var{output-template}"
4267   "@var{split-condition}"
4268   [@var{new-insn-pattern-1}
4269    @var{new-insn-pattern-2}
4270    @dots{}]
4271   "@var{preparation-statements}"
4272   [@var{insn-attributes}])
4273
4274 @end smallexample
4275
4276 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
4277 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
4278 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
4279 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
4280 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
4281 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
4282 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
4283 from i386.md:
4284
4285 @smallexample
4286 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
4287   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
4288      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
4289    (clobber (reg:CC 17))]
4290   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
4291   "#"
4292   "&& reload_completed"
4293   [(parallel [(set (match_dup 0)
4294                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
4295               (clobber (reg:CC 17))])]
4296   ""
4297   [(set_attr "type" "alu1")])
4298
4299 @end smallexample
4300
4301 In this case, the actual split condition will be
4302 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
4303
4304 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
4305 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
4306 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
4307 having to ensure the two patterns' templates match.
4308
4309 @node Including Patterns
4310 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
4311 @cindex insn includes
4312
4313 @findex include
4314 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
4315 look for patterns that are in files other than in the file
4316 @file{.md}. This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
4317
4318 It looks like:
4319
4320 @smallexample
4321
4322 (include
4323   @var{pathname})
4324 @end smallexample
4325
4326 For example:
4327
4328 @smallexample
4329
4330 (include "filestuff")
4331
4332 @end smallexample
4333
4334 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
4335 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}. The
4336 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
4337
4338
4339 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
4340 and placed into subdirectories.
4341
4342 By specifying:
4343
4344 @smallexample
4345
4346 (include "BOGUS/filestuff")
4347
4348 @end smallexample
4349
4350 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
4351
4352 Specifying an absolute path for the include file such as;
4353 @smallexample
4354
4355 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
4356
4357 @end smallexample
4358 is permitted but is not encouraged.
4359
4360 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
4361 @cindex directory options .md
4362 @cindex options, directory search
4363 @cindex search options
4364
4365 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
4366 For example:
4367
4368 @smallexample
4369
4370 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
4371
4372 @end smallexample
4373
4374
4375 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
4376 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
4377 file, substituting your own version, since these directories are
4378 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
4379 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
4380 order; the standard default directory come after.
4381
4382
4383 @node Peephole Definitions
4384 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
4385 @cindex peephole optimizer definitions
4386 @cindex defining peephole optimizers
4387
4388 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
4389 definitions of machine-specific peephole optimizations.
4390
4391 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
4392 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
4393 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
4394 though the second one does not appear to use a register computed in the
4395 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
4396 opportunities.
4397
4398 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
4399 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
4400 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
4401 is deprecated.
4402
4403 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
4404 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
4405 but before scheduling, which may result in much better code for
4406 targets that do scheduling.
4407
4408 @menu
4409 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
4410 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
4411 @end menu
4412
4413 @node define_peephole
4414 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
4415 @findex define_peephole
4416
4417 @need 1000
4418 A definition looks like this:
4419
4420 @smallexample
4421 (define_peephole
4422   [@var{insn-pattern-1}
4423    @var{insn-pattern-2}
4424    @dots{}]
4425   "@var{condition}"
4426   "@var{template}"
4427   "@var{optional-insn-attributes}")
4428 @end smallexample
4429
4430 @noindent
4431 The last string operand may be omitted if you are not using any
4432 machine-specific information in this machine description.  If present,
4433 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
4434
4435 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
4436 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
4437 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
4438 the next, and so on.
4439
4440 Each of the insns matched by a peephole must also match a
4441 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
4442 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
4443 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
4444 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
4445 stages.
4446
4447 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
4448 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
4449 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
4450 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
4451 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
4452 other.
4453
4454 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
4455 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
4456 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
4457 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
4458 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
4459
4460 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
4461 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
4462 previously tested.
4463
4464 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
4465 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
4466 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
4467 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
4468 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
4469 patterns.
4470
4471 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
4472 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
4473 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
4474 the operands.
4475
4476 @findex prev_active_insn
4477 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
4478 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
4479 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
4480 to refer to the last of the insns being matched; use
4481 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
4482
4483 @findex dead_or_set_p
4484 When optimizing computations with intermediate results, you can use
4485 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
4486 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
4487 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
4488 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
4489 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
4490 value (from @code{operands[@var{i}]}).
4491
4492 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
4493 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
4494 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
4495 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
4496 used in matching the original sequence of insns.
4497
4498 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
4499 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
4500 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
4501 as the insn pattern to control how the insn is output.
4502
4503 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
4504 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
4505
4506 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
4507
4508 @smallexample
4509 (define_peephole
4510   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
4511    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
4512         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
4513   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
4514 @{
4515   rtx xoperands[2];
4516   xoperands[1] = gen_rtx (REG, SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
4517 #ifdef MOTOROLA
4518   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
4519   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
4520   return "fmove.d (sp)+,%0";
4521 #else
4522   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
4523   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
4524   return "fmoved sp@@+,%0";
4525 #endif
4526 @})
4527 @end smallexample
4528
4529 @need 1000
4530 The effect of this optimization is to change
4531
4532 @smallexample
4533 @group
4534 jbsr _foobar
4535 addql #4,sp
4536 movel d1,sp@@-
4537 movel d0,sp@@-
4538 fmoved sp@@+,fp0
4539 @end group
4540 @end smallexample
4541
4542 @noindent
4543 into
4544
4545 @smallexample
4546 @group
4547 jbsr _foobar
4548 movel d1,sp@@
4549 movel d0,sp@@-
4550 fmoved sp@@+,fp0
4551 @end group
4552 @end smallexample
4553
4554 @ignore
4555 @findex CC_REVERSED
4556 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
4557 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
4558 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
4559 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
4560 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
4561 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
4562 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
4563 and in this C code check the condition code status flags and change the
4564 assembler code as appropriate.
4565 @end ignore
4566
4567 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
4568 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
4569 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
4570 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
4571 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
4572 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
4573 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
4574 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
4575 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
4576
4577 @smallexample
4578 (define_insn "divmodsi4"
4579   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
4580         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
4581                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
4582    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4583         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
4584   "TARGET_68020"
4585   "divsl%.l %2,%3:%0")
4586 @end smallexample
4587
4588 @noindent
4589 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
4590
4591 @smallexample
4592 (define_peephole
4593   [@dots{}
4594    (parallel
4595     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
4596           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
4597                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
4598      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4599           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
4600    @dots{}]
4601   @dots{})
4602 @end smallexample
4603
4604 @node define_peephole2
4605 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
4606 @findex define_peephole2
4607
4608 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
4609 substitute one sequence of instructions for another sequence,
4610 what additional scratch registers may be needed and what their
4611 lifetimes must be.
4612
4613 @smallexample
4614 (define_peephole2
4615   [@var{insn-pattern-1}
4616    @var{insn-pattern-2}
4617    @dots{}]
4618   "@var{condition}"
4619   [@var{new-insn-pattern-1}
4620    @var{new-insn-pattern-2}
4621    @dots{}]
4622   "@var{preparation-statements}")
4623 @end smallexample
4624
4625 The definition is almost identical to @code{define_split}
4626 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
4627 single instruction, but a sequence of instructions.
4628
4629 It is possible to request additional scratch registers for use in the
4630 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
4631 will simply not match.
4632
4633 @findex match_scratch
4634 @findex match_dup
4635 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
4636 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
4637 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
4638 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
4639 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
4640 at which the register must be available.
4641
4642 Here is an example from the IA-32 machine description:
4643
4644 @smallexample
4645 (define_peephole2
4646   [(match_scratch:SI 2 "r")
4647    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4648                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
4649                      [(match_dup 0)
4650                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
4651               (clobber (reg:CC 17))])]
4652   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
4653   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
4654    (parallel [(set (match_dup 0)
4655                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
4656               (clobber (reg:CC 17))])]
4657   "")
4658 @end smallexample
4659
4660 @noindent
4661 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
4662 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
4663 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
4664 to be live only at the point just before the arithmetic.
4665
4666 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
4667 so here's a silly made-up example:
4668
4669 @smallexample
4670 (define_peephole2
4671   [(match_scratch:SI 4 "r")
4672    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
4673    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
4674    (match_dup 4)
4675    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
4676   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
4677   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
4678    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
4679    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
4680    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
4681   "")
4682 @end smallexample
4683
4684 @noindent
4685 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
4686 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
4687 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
4688
4689 @node Insn Attributes
4690 @section Instruction Attributes
4691 @cindex insn attributes
4692 @cindex instruction attributes
4693
4694 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
4695 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
4696 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
4697 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
4698 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
4699 to track the condition codes.
4700
4701 @menu
4702 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
4703 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
4704 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
4705 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
4706 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
4707 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
4708 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
4709 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
4710 @end menu
4711
4712 @node Defining Attributes
4713 @subsection Defining Attributes and their Values
4714 @cindex defining attributes and their values
4715 @cindex attributes, defining
4716
4717 @findex define_attr
4718 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
4719 by the target machine.  It looks like:
4720
4721 @smallexample
4722 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
4723 @end smallexample
4724
4725 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
4726
4727 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
4728 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
4729 indicate that the attribute takes numeric values.
4730
4731 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
4732 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
4733 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
4734 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
4735 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
4736
4737 @findex insn-attr.h
4738 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
4739 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
4740 specified for an attribute, the following are defined:
4741
4742 @itemize @bullet
4743 @item
4744 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
4745
4746 @item
4747 An enumeral class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
4748 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
4749 the attribute name and value are first converted to upper case.
4750
4751 @item
4752 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
4753 returns the attribute value for that insn.
4754 @end itemize
4755
4756 For example, if the following is present in the @file{md} file:
4757
4758 @smallexample
4759 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
4760 @end smallexample
4761
4762 @noindent
4763 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
4764
4765 @smallexample
4766 #define HAVE_ATTR_type
4767 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
4768                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
4769 extern enum attr_type get_attr_type ();
4770 @end smallexample
4771
4772 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
4773 defined and the function to obtain the attribute's value will return
4774 @code{int}.
4775
4776 @node Expressions
4777 @subsection Attribute Expressions
4778 @cindex attribute expressions
4779
4780 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
4781 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
4782 Attribute value expressions must have one of the following forms:
4783
4784 @table @code
4785 @cindex @code{const_int} and attributes
4786 @item (const_int @var{i})
4787 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
4788 must be non-negative.
4789
4790 The value of a numeric attribute can be specified either with a
4791 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
4792 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
4793 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
4794 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
4795
4796 @cindex @code{const_string} and attributes
4797 @item (const_string @var{value})
4798 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
4799 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
4800 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
4801 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
4802 of a @code{define_attr}.
4803
4804 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
4805 must be a string containing a non-negative integer (normally
4806 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
4807 contain one of the valid values for the attribute.
4808
4809 @cindex @code{if_then_else} and attributes
4810 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
4811 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
4812 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
4813 otherwise it is @var{false-value}.
4814
4815 @cindex @code{cond} and attributes
4816 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
4817 The first operand of this expression is a vector containing an even
4818 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
4819 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
4820 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
4821 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
4822 expression is that of the @var{default} expression.
4823 @end table
4824
4825 @var{test} expressions can have one of the following forms:
4826
4827 @table @code
4828 @cindex @code{const_int} and attribute tests
4829 @item (const_int @var{i})
4830 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
4831
4832 @cindex @code{not} and attributes
4833 @cindex @code{ior} and attributes
4834 @cindex @code{and} and attributes
4835 @item (not @var{test})
4836 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
4837 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
4838 These tests are true if the indicated logical function is true.
4839
4840 @cindex @code{match_operand} and attributes
4841 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
4842 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
4843 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
4844 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
4845 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
4846 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
4847 string).
4848
4849 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
4850
4851 @cindex @code{le} and attributes
4852 @cindex @code{leu} and attributes
4853 @cindex @code{lt} and attributes
4854 @cindex @code{gt} and attributes
4855 @cindex @code{gtu} and attributes
4856 @cindex @code{ge} and attributes
4857 @cindex @code{geu} and attributes
4858 @cindex @code{ne} and attributes
4859 @cindex @code{eq} and attributes
4860 @cindex @code{plus} and attributes
4861 @cindex @code{minus} and attributes
4862 @cindex @code{mult} and attributes
4863 @cindex @code{div} and attributes
4864 @cindex @code{mod} and attributes
4865 @cindex @code{abs} and attributes
4866 @cindex @code{neg} and attributes
4867 @cindex @code{ashift} and attributes
4868 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
4869 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
4870 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
4871 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
4872 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
4873 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
4874 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
4875 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
4876 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
4877 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
4878 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
4879 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
4880 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
4881 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
4882 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
4883 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
4884 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
4885
4886 @findex get_attr
4887 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
4888 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
4889 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
4890 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
4891 variable.
4892
4893 @findex eq_attr
4894 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
4895 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
4896
4897 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
4898 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
4899 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
4900 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
4901 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
4902 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
4903 @emph{not} in the specified list.
4904
4905 For example,
4906
4907 @smallexample
4908 (eq_attr "type" "load,store")
4909 @end smallexample
4910
4911 @noindent
4912 is equivalent to
4913
4914 @smallexample
4915 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
4916 @end smallexample
4917
4918 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
4919 value of the compiler variable @code{which_alternative}
4920 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
4921 example,
4922
4923 @smallexample
4924 (eq_attr "alternative" "2,3")
4925 @end smallexample
4926
4927 @noindent
4928 is equivalent to
4929
4930 @smallexample
4931 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
4932      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
4933 @end smallexample
4934
4935 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
4936 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
4937 a particular pattern.  This is by far the most common case.
4938
4939 @findex attr_flag
4940 @item (attr_flag @var{name})
4941 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
4942 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
4943 scheduled.
4944
4945 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
4946 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
4947 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
4948 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
4949 if a conditional branch is expected to be taken.
4950
4951 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
4952 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
4953
4954 This example describes a conditional branch delay slot which
4955 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
4956 for backward branches which are not taken (annul-false).
4957
4958 @smallexample
4959 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
4960   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
4961    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
4962         (attr_flag "forward"))
4963    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
4964         (attr_flag "backward"))])
4965 @end smallexample
4966
4967 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
4968 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4969
4970 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
4971 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4972 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
4973 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4974
4975 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
4976 meaning to other passes of the compiler.
4977
4978 @findex attr
4979 @item (attr @var{name})
4980 The value of another attribute is returned.  This is most useful
4981 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
4982 produce more efficient code for non-numeric attributes.
4983 @end table
4984
4985 @node Tagging Insns
4986 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
4987 @cindex tagging insns
4988 @cindex assigning attribute values to insns
4989
4990 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
4991 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
4992 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
4993 have an optional last argument to specify the values of attributes for
4994 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
4995 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
4996 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
4997 permits the specification of the values for only one or two attributes
4998 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
4999 next section.
5000
5001 The optional last argument of @code{define_insn} and
5002 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
5003 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
5004 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
5005 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
5006 second operand of the @code{set} is an attribute expression
5007 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
5008
5009 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
5010 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
5011 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
5012 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
5013 each alternative.
5014
5015 @findex set_attr
5016 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
5017 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
5018 specifying a string giving either a single attribute value or a list
5019 of attribute values, one for each alternative.
5020
5021 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
5022 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
5023
5024 @table @code
5025 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
5026 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
5027 or a string containing a comma-separated list giving the values for
5028 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
5029 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
5030
5031 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
5032 which case the attribute will assume its default value for insns matching
5033 that alternative.
5034
5035 @findex set_attr_alternative
5036 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
5037 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
5038 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
5039 tests on the @samp{alternative} attribute.
5040
5041 @findex attr
5042 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
5043 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
5044 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
5045 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
5046 @end table
5047
5048 The following shows three different ways of representing the same
5049 attribute value specification:
5050
5051 @smallexample
5052 (set_attr "type" "load,store,arith")
5053
5054 (set_attr_alternative "type"
5055                       [(const_string "load") (const_string "store")
5056                        (const_string "arith")])
5057
5058 (set (attr "type")
5059      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
5060             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
5061            (const_string "arith")))
5062 @end smallexample
5063
5064 @need 1000
5065 @findex define_asm_attributes
5066 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
5067 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
5068 statement.  It has the form:
5069
5070 @smallexample
5071 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
5072 @end smallexample
5073
5074 @noindent
5075 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
5076 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
5077
5078 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
5079 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
5080
5081 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
5082 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
5083 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
5084 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
5085 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
5086 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
5087 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
5088 of a single machine instruction.
5089
5090 @node Attr Example
5091 @subsection Example of Attribute Specifications
5092 @cindex attribute specifications example
5093 @cindex attribute specifications
5094
5095 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
5096 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
5097 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
5098 value.  This attribute is normally used only to define the default value
5099 for other attributes.  An example will clarify this usage.
5100
5101 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
5102 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
5103 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
5104 operations, floating point operations, and branches.
5105
5106 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
5107 the condition code and will limit ourselves to the following possible
5108 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
5109 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
5110 changed if the item previously set into the condition code has been
5111 modified.
5112
5113 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
5114
5115 @smallexample
5116 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
5117
5118 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
5119              (cond [(eq_attr "type" "load")
5120                         (const_string "change0")
5121                     (eq_attr "type" "store,branch")
5122                         (const_string "unchanged")
5123                     (eq_attr "type" "arith")
5124                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
5125                                       (const_string "set")
5126                                       (const_string "clobber"))]
5127                    (const_string "clobber")))
5128
5129 (define_insn ""
5130   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
5131         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
5132   ""
5133   "@@
5134    move %0,%1
5135    load %0,%1
5136    store %0,%1"
5137   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
5138 @end smallexample
5139
5140 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
5141 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
5142 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
5143 full-word result.
5144
5145 @node Insn Lengths
5146 @subsection Computing the Length of an Insn
5147 @cindex insn lengths, computing
5148 @cindex computing the length of an insn
5149
5150 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
5151 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
5152 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
5153 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @samp{length}
5154 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
5155 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
5156
5157 In the case of the @samp{length} attribute, two additional forms of
5158 arithmetic terms are allowed in test expressions:
5159
5160 @table @code
5161 @cindex @code{match_dup} and attributes
5162 @item (match_dup @var{n})
5163 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
5164 must be a @code{label_ref}.
5165
5166 @cindex @code{pc} and attributes
5167 @item (pc)
5168 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
5169 been more consistent with other usage to make this the address of the
5170 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
5171 current insn is to be computed.
5172 @end table
5173
5174 @cindex @code{addr_vec}, length of
5175 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
5176 For normal insns, the length will be determined by value of the
5177 @samp{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
5178 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
5179 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
5180
5181 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
5182
5183 The following macros can be used to refine the length computation:
5184
5185 @table @code
5186 @findex FIRST_INSN_ADDRESS
5187 @item FIRST_INSN_ADDRESS
5188 When the @code{length} insn attribute is used, this macro specifies the
5189 value to be assigned to the address of the first insn in a function.  If
5190 not specified, 0 is used.
5191
5192 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
5193 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
5194 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
5195 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
5196 that contains the initially computed length of the insn and should be
5197 updated with the correct length of the insn.
5198
5199 This macro will normally not be required.  A case in which it is
5200 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
5201 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
5202 may be required.
5203 @end table
5204
5205 @findex get_attr_length
5206 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
5207 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
5208 determine the form of the branch instruction to be written, as the
5209 example below illustrates.
5210
5211 As an example of the specification of variable-length branches, consider
5212 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
5213 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
5214 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
5215 sequence to load the address from memory and then branch to it.
5216
5217 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
5218 as follows:
5219
5220 @smallexample
5221 (define_insn "jump"
5222   [(set (pc)
5223         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
5224   ""
5225 @{
5226    return (get_attr_length (insn) == 4
5227            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
5228 @}
5229   [(set (attr "length")
5230         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
5231                       (const_int 4)
5232                       (const_int 6)))])
5233 @end smallexample
5234
5235 @node Constant Attributes
5236 @subsection Constant Attributes
5237 @cindex constant attributes
5238
5239 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
5240 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
5241 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
5242 used to specify which variety of processor is used.  For example,
5243
5244 @smallexample
5245 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
5246  (const
5247   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
5248          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
5249         (const_string "m88000"))))
5250
5251 (define_attr "memory" "fast,slow"
5252  (const
5253   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
5254                 (const_string "fast")
5255                 (const_string "slow"))))
5256 @end smallexample
5257
5258 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
5259 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
5260 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
5261 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
5262 forms involving insn attributes.
5263
5264 @node Delay Slots
5265 @subsection Delay Slot Scheduling
5266 @cindex delay slots, defining
5267
5268 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
5269 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
5270 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
5271 after the instruction are executed as if they were located before it.
5272 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
5273 the following instruction before the branch or call is performed.
5274
5275 On some machines, conditional branch instructions can optionally
5276 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
5277 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
5278 instructions that annul if the branch is true and instructions that
5279 annul if the branch is false are supported.
5280
5281 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
5282 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
5283 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
5284 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
5285 instruction scheduling.
5286
5287 @findex define_delay
5288 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
5289 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
5290
5291 @smallexample
5292 (define_delay @var{test}
5293               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
5294                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
5295                @dots{}])
5296 @end smallexample
5297
5298 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
5299 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
5300 required delay slots is determined by the length of the vector specified
5301 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
5302 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
5303 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
5304 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
5305 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
5306 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
5307
5308 For example, in the common case where branch and call insns require
5309 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
5310 call, the following would be placed in the @file{md} file:
5311
5312 @smallexample
5313 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
5314               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5315 @end smallexample
5316
5317 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
5318 case, each such expression specifies different delay slot requirements
5319 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
5320 expressions are both true.
5321
5322 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
5323 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
5324 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
5325 branch is true, we might represent this as follows:
5326
5327 @smallexample
5328 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
5329    [(eq_attr "type" "!branch,call")
5330     (eq_attr "type" "!branch,call")
5331     (nil)])
5332
5333 (define_delay (eq_attr "type" "call")
5334               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
5335                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5336 @end smallexample
5337 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
5338
5339 @node Processor pipeline description
5340 @subsection Specifying processor pipeline description
5341 @cindex processor pipeline description
5342 @cindex processor functional units
5343 @cindex instruction latency time
5344 @cindex interlock delays
5345 @cindex data dependence delays
5346 @cindex reservation delays
5347 @cindex pipeline hazard recognizer
5348 @cindex automaton based pipeline description
5349 @cindex regular expressions
5350 @cindex deterministic finite state automaton
5351 @cindex automaton based scheduler
5352 @cindex RISC
5353 @cindex VLIW
5354
5355 To achieve better performance, most modern processors
5356 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
5357 processors) have many @dfn{functional units} on which several
5358 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
5359 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
5360 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
5361 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
5362 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g. for some
5363 MIPS processors).
5364
5365 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
5366 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
5367 latency time}.  The instruction execution is not started until all
5368 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
5369 complex cases when the instruction execution starts even when the data
5370 are not availaible but will be ready in given time after the
5371 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
5372 account is simple.  The data dependence (true, output, and
5373 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
5374 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
5375 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
5376 means that two instructions under execution will be in need of shared
5377 processors resources, i.e. buses, internal registers, and/or
5378 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
5379 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
5380 processors.
5381
5382 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
5383 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
5384 instruction scheduler has to have an adequate description of the
5385 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  Currently GCC 
5386 provides two alternative ways to describe processor parallelism,
5387 both described below.  The first method is outlined in the next section;
5388 it was once the only method provided by GCC, and thus is used in a number
5389 of exiting ports.  The second, and preferred method, specifies functional
5390 unit reservations for groups of instructions with the aid of @dfn{regular
5391 expressions}.  This is called the @dfn{automaton based description}.    
5392
5393 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
5394 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
5395 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
5396 automatically generated from the processor pipeline description.  The
5397 pipeline hazard recognizer generated from the automaton based
5398 description is more sophisticated and based on a deterministic finite
5399 state automaton (@acronym{DFA}) and therefore faster than one
5400 generated from the old description.  Furthermore, its speed is not dependent
5401 on processor complexity.  The instruction issue is possible if there is
5402 a transition from one automaton state to another one.
5403
5404 You can use any model to describe processor pipeline characteristics
5405 or even a mix of them.  You could use the old description for some
5406 processor submodels and the @acronym{DFA}-based one for the rest
5407 processor submodels.
5408
5409 In general, the usage of the automaton based description is more
5410 preferable.  Its model is more rich.  It permits to describe more
5411 accurately pipeline characteristics of processors which results in
5412 improving code quality (although sometimes only on several percent
5413 fractions).  It will be also used as an infrastructure to implement
5414 sophisticated and practical insn scheduling which will try many
5415 instruction sequences to choose the best one.
5416
5417
5418 @menu
5419 * Old pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
5420 * Automaton pipeline description:: Describing insn pipeline characteristics.
5421 * Comparison of the two descriptions:: Drawbacks of the old pipeline description
5422 @end menu
5423
5424 @node Old pipeline description
5425 @subsubsection Specifying Function Units
5426 @cindex old pipeline description
5427 @cindex function units, for scheduling
5428
5429 On most @acronym{RISC} machines, there are instructions whose results
5430 are not available for a specific number of cycles.  Common cases are
5431 instructions that load data from memory.  On many machines, a pipeline
5432 stall will result if the data is referenced too soon after the load
5433 instruction.
5434
5435 In addition, many newer microprocessors have multiple function units, usually
5436 one for integer and one for floating point, and often will incur pipeline
5437 stalls when a result that is needed is not yet ready.
5438
5439 The descriptions in this section allow the specification of how much
5440 time must elapse between the execution of an instruction and the time
5441 when its result is used.  It also allows specification of when the
5442 execution of an instruction will delay execution of similar instructions
5443 due to function unit conflicts.
5444
5445 For the purposes of the specifications in this section, a machine is
5446 divided into @dfn{function units}, each of which execute a specific
5447 class of instructions in first-in-first-out order.  Function units
5448 that accept one instruction each cycle and allow a result to be used
5449 in the succeeding instruction (usually via forwarding) need not be
5450 specified.  Classic @acronym{RISC} microprocessors will normally have
5451 a single function unit, which we can call @samp{memory}.  The newer
5452 ``superscalar'' processors will often have function units for floating
5453 point operations, usually at least a floating point adder and
5454 multiplier.
5455
5456 @findex define_function_unit
5457 Each usage of a function units by a class of insns is specified with a
5458 @code{define_function_unit} expression, which looks like this:
5459
5460 @smallexample
5461 (define_function_unit @var{name} @var{multiplicity} @var{simultaneity}
5462                       @var{test} @var{ready-delay} @var{issue-delay}
5463                      [@var{conflict-list}])
5464 @end smallexample
5465
5466 @var{name} is a string giving the name of the function unit.
5467
5468 @var{multiplicity} is an integer specifying the number of identical
5469 units in the processor.  If more than one unit is specified, they will
5470 be scheduled independently.  Only truly independent units should be
5471 counted; a pipelined unit should be specified as a single unit.  (The
5472 only common example of a machine that has multiple function units for a
5473 single instruction class that are truly independent and not pipelined
5474 are the two multiply and two increment units of the CDC 6600.)
5475
5476 @var{simultaneity} specifies the maximum number of insns that can be
5477 executing in each instance of the function unit simultaneously or zero
5478 if the unit is pipelined and has no limit.
5479
5480 All @code{define_function_unit} definitions referring to function unit
5481 @var{name} must have the same name and values for @var{multiplicity} and
5482 @var{simultaneity}.
5483
5484 @var{test} is an attribute test that selects the insns we are describing
5485 in this definition.  Note that an insn may use more than one function
5486 unit and a function unit may be specified in more than one
5487 @code{define_function_unit}.
5488
5489 @var{ready-delay} is an integer that specifies the number of cycles
5490 after which the result of the instruction can be used without
5491 introducing any stalls.
5492
5493 @var{issue-delay} is an integer that specifies the number of cycles
5494 after the instruction matching the @var{test} expression begins using
5495 this unit until a subsequent instruction can begin.  A cost of @var{N}
5496 indicates an @var{N-1} cycle delay.  A subsequent instruction may also
5497 be delayed if an earlier instruction has a longer @var{ready-delay}
5498 value.  This blocking effect is computed using the @var{simultaneity},
5499 @var{ready-delay}, @var{issue-delay}, and @var{conflict-list} terms.
5500 For a normal non-pipelined function unit, @var{simultaneity} is one, the
5501 unit is taken to block for the @var{ready-delay} cycles of the executing
5502 insn, and smaller values of @var{issue-delay} are ignored.
5503
5504 @var{conflict-list} is an optional list giving detailed conflict costs
5505 for this unit.  If specified, it is a list of condition test expressions
5506 to be applied to insns chosen to execute in @var{name} following the
5507 particular insn matching @var{test} that is already executing in
5508 @var{name}.  For each insn in the list, @var{issue-delay} specifies the
5509 conflict cost; for insns not in the list, the cost is zero.  If not
5510 specified, @var{conflict-list} defaults to all instructions that use the
5511 function unit.
5512
5513 Typical uses of this vector are where a floating point function unit can
5514 pipeline either single- or double-precision operations, but not both, or
5515 where a memory unit can pipeline loads, but not stores, etc.
5516
5517 As an example, consider a classic @acronym{RISC} machine where the
5518 result of a load instruction is not available for two cycles (a single
5519 ``delay'' instruction is required) and where only one load instruction
5520 can be executed simultaneously.  This would be specified as:
5521
5522 @smallexample
5523 (define_function_unit "memory" 1 1 (eq_attr "type" "load") 2 0)
5524 @end smallexample
5525
5526 For the case of a floating point function unit that can pipeline either
5527 single or double precision, but not both, the following could be specified:
5528
5529 @smallexample
5530 (define_function_unit
5531    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "sp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "dp_fp")])
5532 (define_function_unit
5533    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "dp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "sp_fp")])
5534 @end smallexample
5535
5536 @strong{Note:} The scheduler attempts to avoid function unit conflicts
5537 and uses all the specifications in the @code{define_function_unit}
5538 expression.  It has recently come to our attention that these
5539 specifications may not allow modeling of some of the newer
5540 ``superscalar'' processors that have insns using multiple pipelined
5541 units.  These insns will cause a potential conflict for the second unit
5542 used during their execution and there is no way of representing that
5543 conflict.  We welcome any examples of how function unit conflicts work
5544 in such processors and suggestions for their representation.
5545
5546 @node Automaton pipeline description
5547 @subsubsection Describing instruction pipeline characteristics
5548 @cindex automaton based pipeline description
5549
5550 This section describes constructions of the automaton based processor
5551 pipeline description.  The order of all mentioned below constructions
5552 in the machine description file is not important.
5553
5554 @findex define_automaton
5555 @cindex pipeline hazard recognizer
5556 The following optional construction describes names of automata
5557 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
5558 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
5559 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
5560 units to the automata, the summary size of the automata usually is
5561 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
5562 construction, only one finite state automaton is generated.
5563
5564 @smallexample
5565 (define_automaton @var{automata-names})
5566 @end smallexample
5567
5568 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
5569 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
5570 The automaton name is used in construction @code{define_cpu_unit} and
5571 @code{define_query_cpu_unit}.
5572
5573 @findex define_cpu_unit
5574 @cindex processor functional units
5575 Each processor functional unit used in description of instruction
5576 reservations should be described by the following construction.
5577
5578 @smallexample
5579 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5580 @end smallexample
5581
5582 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
5583 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
5584 for other goals.
5585
5586 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
5587 which the unit is bound.  The automaton should be described in
5588 construction @code{define_automaton}.  You should give
5589 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
5590
5591 @findex define_query_cpu_unit
5592 @cindex querying function unit reservations
5593 The following construction describes CPU functional units analogously
5594 to @code{define_cpu_unit}.  If we use automata without their
5595 minimization, the reservation of such units can be queried for an
5596 automaton state.  The instruction scheduler never queries reservation
5597 of functional units for given automaton state.  So as a rule, you
5598 don't need this construction.  This construction could be used for
5599 future code generation goals (e.g. to generate @acronym{VLIW} insn
5600 templates).
5601
5602 @smallexample
5603 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5604 @end smallexample
5605
5606 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
5607 separated by commas.
5608
5609 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
5610 which the unit is bound.
5611
5612 @findex define_insn_reservation
5613 @cindex instruction latency time
5614 @cindex regular expressions
5615 @cindex data bypass
5616 The following construction is the major one to describe pipeline
5617 characteristics of an instruction.
5618
5619 @smallexample
5620 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
5621                          @var{condition} @var{regexp})
5622 @end smallexample
5623
5624 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
5625 instruction.  There is an important difference between the old
5626 description and the automaton based pipeline description.  The latency
5627 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
5628 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
5629 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
5630 zero and the cost of output dependencies is the difference between
5631 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
5632 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
5633 change the default costs for any description by using the target hook
5634 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
5635
5636 @var{insn-names} is a string giving the internal name of the insn.  The
5637 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
5638 the automaton description file generated for debugging.  The internal
5639 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
5640 good practice to use insn classes described in the processor manual.
5641
5642 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
5643 construction.  You should remember that you will be in trouble if
5644 @var{condition} for two or more different
5645 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
5646 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
5647 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
5648 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
5649 the same value is quite difficult (especially if the conditions
5650 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
5651 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
5652 recognizer considerably.
5653
5654 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
5655 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
5656 expression according to the following syntax:
5657
5658 @smallexample
5659        regexp = regexp "," oneof
5660               | oneof
5661
5662        oneof = oneof "|" allof
5663              | allof
5664
5665        allof = allof "+" repeat
5666              | repeat
5667  
5668        repeat = element "*" number
5669               | element
5670
5671        element = cpu_function_unit_name
5672                | reservation_name
5673                | result_name
5674                | "nothing"
5675                | "(" regexp ")"
5676 @end smallexample
5677
5678 @itemize @bullet
5679 @item
5680 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
5681 the reservation.
5682
5683 @item
5684 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
5685 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
5686 regular expression @strong{or} etc.
5687
5688 @item
5689 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
5690 regular expression @strong{and} a reservation described by the
5691 second regular expression @strong{and} etc.
5692
5693 @item
5694 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
5695 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
5696 advancing (see @samp{,}).
5697
5698 @item
5699 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
5700 functional unit.
5701
5702 @item
5703 @samp{reservation_name} --- see description of construction
5704 @samp{define_reservation}.
5705
5706 @item
5707 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
5708 @end itemize
5709
5710 @findex define_reservation
5711 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
5712 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
5713 the common part by the following construction
5714
5715 @smallexample
5716 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
5717 @end smallexample
5718
5719 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
5720 Functional unit names and reservation names are in the same name
5721 space.  So the reservation names should be different from the
5722 functional unit names and can not be reserved name @samp{nothing}.
5723
5724 @findex define_bypass
5725 @cindex instruction latency time
5726 @cindex data bypass
5727 The following construction is used to describe exceptions in the
5728 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
5729
5730 @smallexample
5731 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
5732                [@var{guard}])
5733 @end smallexample
5734
5735 @var{number} defines when the result generated by the instructions
5736 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
5737 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
5738 the string are separated by commas.
5739
5740 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
5741 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
5742 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
5743 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
5744 recognize complicated bypasses, e.g. when the consumer is only an address
5745 of insn @samp{store} (not a stored value).
5746
5747 @findex exclusion_set
5748 @findex presence_set
5749 @findex absence_set
5750 @cindex VLIW
5751 @cindex RISC
5752 Usually the following three constructions are used to describe
5753 @acronym{VLIW} processors (more correctly to describe a placement of
5754 small insns into @acronym{VLIW} insn slots).  Although they can be
5755 used for @acronym{RISC} processors too.
5756
5757 @smallexample
5758 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
5759 (presence_set @var{unit-names} @var{unit-names})
5760 (absence_set @var{unit-names} @var{unit-names})
5761 @end smallexample
5762
5763 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
5764 separated by commas.
5765
5766 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
5767 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
5768 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
5769 example, the construction is useful for describing processors
5770 (e.g. some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
5771 functional unit which can execute simultaneously only single floating
5772 point insns or only double floating point insns.
5773
5774 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
5775 functional unit in the first string can not be reserved unless at
5776 least one of units whose names are in the second string is reserved.
5777 This is an asymmetric relation.  For example, it is useful for
5778 description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
5779 @samp{slot0} reservation.
5780
5781 The third construction (@samp{absence_set}) means that each functional
5782 unit in the first string can be reserved only if each unit whose name
5783 is in the second string is not reserved.  This is an asymmetric
5784 relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to this one but
5785 it is symmetric).  For example, it is useful for description that
5786 @acronym{VLIW} @samp{slot0} can not be reserved after @samp{slot1} or
5787 @samp{slot2} reservation.
5788
5789 All functional units mentioned in a set should belong to the same
5790 automaton.
5791
5792 @findex automata_option
5793 @cindex deterministic finite state automaton
5794 @cindex nondeterministic finite state automaton
5795 @cindex finite state automaton minimization
5796 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
5797 the following construction.
5798
5799 @smallexample
5800 (automata_option @var{options})
5801 @end smallexample
5802
5803 @var{options} is a string giving options which affect the generated
5804 code.  Currently there are the following options:
5805
5806 @itemize @bullet
5807 @item
5808 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
5809 only worth to do when we are going to query CPU functional unit
5810 reservations in an automaton state.
5811
5812 @item
5813 @dfn{time} means printing additional time statistics about
5814 generation of automata.
5815
5816 @item
5817 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
5818 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
5819 verification and debugging.
5820
5821 @item
5822 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
5823 non-critical errors.
5824
5825 @item
5826 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
5827 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
5828 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
5829 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
5830 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
5831 may be rejected by reservations in the subsequent insns.  You can not
5832 query functional unit reservations in nondeterministic automaton
5833 states.
5834 @end itemize
5835
5836 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
5837 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
5838 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
5839 the following functional units.
5840
5841 @smallexample
5842 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
5843 (define_cpu_unit "port0, port1")
5844 @end smallexample
5845
5846 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
5847 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
5848 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
5849 are issued into the second pipeline.  Integer division and
5850 multiplication insns can be executed only in the second integer
5851 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
5852 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e. the subsequent
5853 integer division insn can not be issued until the current division
5854 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
5855 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
5856 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
5857 incurred.  To describe all of this we could specify
5858
5859 @smallexample
5860 (define_cpu_unit "div")
5861
5862 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "cpu" "int")
5863                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
5864
5865 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "cpu" "mult")
5866                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
5867
5868 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "cpu" "div")
5869                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
5870
5871 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "cpu" "float")
5872                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
5873
5874 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
5875 @end smallexample
5876
5877 To simplify the description we could describe the following reservation
5878
5879 @smallexample
5880 (define_reservation "finish" "port0|port1")
5881 @end smallexample
5882
5883 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
5884 construction
5885
5886 @smallexample
5887 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "cpu" "int")
5888                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
5889 @end smallexample
5890
5891
5892 @node Comparison of the two descriptions
5893 @subsubsection Drawbacks of the old pipeline description
5894 @cindex old pipeline description
5895 @cindex automaton based pipeline description
5896 @cindex processor functional units
5897 @cindex interlock delays
5898 @cindex instruction latency time
5899 @cindex pipeline hazard recognizer
5900 @cindex data bypass
5901
5902 The old instruction level parallelism description and the pipeline
5903 hazards recognizer based on it have the following drawbacks in
5904 comparison with the @acronym{DFA}-based ones:
5905   
5906 @itemize @bullet
5907 @item
5908 Each functional unit is believed to be reserved at the instruction
5909 execution start.  This is a very inaccurate model for modern
5910 processors.
5911
5912 @item
5913 An inadequate description of instruction latency times.  The latency
5914 time is bound with a functional unit reserved by an instruction not
5915 with the instruction itself.  In other words, the description is
5916 oriented to describe at most one unit reservation by each instruction.
5917 It also does not permit to describe special bypasses between
5918 instruction pairs.
5919
5920 @item
5921 The implementation of the pipeline hazard recognizer interface has
5922 constraints on number of functional units.  This is a number of bits
5923 in integer on the host machine.
5924
5925 @item
5926 The interface to the pipeline hazard recognizer is more complex than
5927 one to the automaton based pipeline recognizer.
5928
5929 @item
5930 An unnatural description when you write a unit and a condition which
5931 selects instructions using the unit.  Writing all unit reservations
5932 for an instruction (an instruction class) is more natural.
5933
5934 @item
5935 The recognition of the interlock delays has a slow implementation.  The GCC
5936 scheduler supports structures which describe the unit reservations.
5937 The more functional units a processor has, the slower its pipeline hazard
5938 recognizer will be.  Such an implementation would become even slower when we
5939 allowed to
5940 reserve functional units not only at the instruction execution start.
5941 In an automaton based pipeline hazard recognizer, speed is not dependent
5942 on processor complexity.
5943 @end itemize
5944
5945 @node Conditional Execution
5946 @section Conditional Execution
5947 @cindex conditional execution
5948 @cindex predication
5949
5950 A number of architectures provide for some form of conditional
5951 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
5952 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
5953 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
5954 can be quite tedious to describe these forms directly in the
5955 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
5956
5957 @findex define_cond_exec
5958 @smallexample
5959 (define_cond_exec
5960   [@var{predicate-pattern}]
5961   "@var{condition}"
5962   "@var{output-template}")
5963 @end smallexample
5964
5965 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
5966 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
5967 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
5968 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
5969 alternative.
5970
5971 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
5972 pattern to match.
5973
5974 @findex current_insn_predicate
5975 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
5976 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
5977 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
5978 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
5979 In order to handle the general case, there is a global variable
5980 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
5981 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
5982
5983 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
5984 the @code{predicable} instruction attribute is made.
5985 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
5986 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
5987 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
5988 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
5989 alternative or anything else.
5990
5991 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
5992 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
5993 generated that matches a predicated version of the instruction.
5994 For example,
5995
5996 @smallexample
5997 (define_insn "addsi"
5998   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
5999         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6000                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
6001   "@var{test1}"
6002   "add %2,%1,%0")
6003
6004 (define_cond_exec
6005   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
6006        (const_int 0))]
6007   "@var{test2}"
6008   "(%0)")
6009 @end smallexample
6010
6011 @noindent
6012 generates a new pattern
6013
6014 @smallexample
6015 (define_insn ""
6016   [(cond_exec
6017      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
6018      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6019           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6020                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
6021   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
6022   "(%3) add %2,%1,%0")
6023 @end smallexample
6024
6025 @node Constant Definitions
6026 @section Constant Definitions
6027 @cindex constant definitions
6028 @findex define_constants
6029
6030 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
6031 can be a maintenance problem.
6032
6033 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
6034 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
6035 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
6036 if the corresponding value had been written instead.  You may use
6037 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
6038 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
6039 a different value.
6040
6041 To come back to the a29k load multiple example, instead of
6042
6043 @smallexample
6044 (define_insn ""
6045   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6046      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6047            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6048       (use (reg:SI 179))
6049       (clobber (reg:SI 179))])]
6050   ""
6051   "loadm 0,0,%1,%2")
6052 @end smallexample
6053
6054 You could write:
6055
6056 @smallexample
6057 (define_constants [
6058     (R_BP 177)
6059     (R_FC 178)
6060     (R_CR 179)
6061     (R_Q  180)
6062 ])
6063
6064 (define_insn ""
6065   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6066      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6067            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6068       (use (reg:SI R_CR))
6069       (clobber (reg:SI R_CR))])]
6070   ""
6071   "loadm 0,0,%1,%2")
6072 @end smallexample
6073
6074 The constants that are defined with a define_constant are also output
6075 in the insn-codes.h header file as #defines.
6076 @end ifset