OSDN Git Service

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