OSDN Git Service

* doc/md.texi (Standard Pattern Names): Document blockage pattern.
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / doc / md.texi
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1996, 1998, 1999, 2000, 2001,
2 @c 2002, 2003, 2004, 2005, 2006 Free Software Foundation, Inc.
3 @c This is part of the GCC manual.
4 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
5
6 @ifset INTERNALS
7 @node Machine Desc
8 @chapter Machine Descriptions
9 @cindex machine descriptions
10
11 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
12 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
13
14 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
15 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
16 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
17 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
18 is inside a quoted string.
19
20 See the next chapter for information on the C header file.
21
22 @menu
23 * Overview::            How the machine description is used.
24 * Patterns::            How to write instruction patterns.
25 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
26 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
27 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
28                           from such an insn.
29 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
30                           the assembler code.
31 * Predicates::          Controlling what kinds of operands can be used
32                           for an insn.
33 * Constraints::         Fine-tuning operand selection.
34 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
35 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
36 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
37 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
38 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
39 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
40 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
41                           for a standard operation.
42 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
43 * Including Patterns::      Including Patterns in Machine Descriptions.
44 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
45 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
46 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
47                            predication.
48 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
49                         md file.
50 * Macros::              Using macros to generate patterns from a template.
51 @end menu
52
53 @node Overview
54 @section Overview of How the Machine Description is Used
55
56 There are three main conversions that happen in the compiler:
57
58 @enumerate
59
60 @item
61 The front end reads the source code and builds a parse tree.
62
63 @item
64 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
65 instruction patterns.
66
67 @item
68 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
69 code.
70
71 @end enumerate
72
73 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
74 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
75 choose the pattern with the right name and apply the operands according
76 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
77 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
78 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
79 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
80 named pattern it needs, it will abort.
81
82 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
83 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
84 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
85 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
86 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
87 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
88 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
89 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
90
91 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
92 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
93 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
94 example.
95
96 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
97 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
98 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
99 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
100
101 @node Patterns
102 @section Everything about Instruction Patterns
103 @cindex patterns
104 @cindex instruction patterns
105
106 @findex define_insn
107 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
108 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
109 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
110 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
111
112 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
113
114 @enumerate
115 @item
116 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
117 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
118 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
119 the instruction patterns with those names, if the names are defined
120 in the machine description.
121
122 The absence of a name is indicated by writing an empty string
123 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
124 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
125 to be combined later on.
126
127 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
128 effect; they are equivalent to no name at all.
129
130 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
131 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
132 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
133 to having a nameless pattern for all other purposes.
134
135 @item
136 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
137 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
138 incomplete because it may contain @code{match_operand},
139 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
140 operands of the instruction.
141
142 If the vector has only one element, that element is the template for the
143 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
144 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
145 elements described.
146
147 @item
148 @cindex pattern conditions
149 @cindex conditions, in patterns
150 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
151 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
152
153 @cindex named patterns and conditions
154 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
155 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
156 flags.  The compiler needs to test these conditions during
157 initialization in order to learn exactly which named instructions are
158 available in a particular run.
159
160 @findex operands
161 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
162 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
163 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
164 @code{operands}.  For an insn where the condition has once matched, it
165 can't be used to control register allocation, for example by excluding
166 certain hard registers or hard register combinations.
167
168 @item
169 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
170 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
171 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
172
173 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
174 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
175
176 @item
177 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
178 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
179 @end enumerate
180
181 @node Example
182 @section Example of @code{define_insn}
183 @cindex @code{define_insn} example
184
185 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
186
187 @smallexample
188 (define_insn "tstsi"
189   [(set (cc0)
190         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
191   ""
192   "*
193 @{
194   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
195     return \"tstl %0\";
196   return \"cmpl #0,%0\";
197 @}")
198 @end smallexample
199
200 @noindent
201 This can also be written using braced strings:
202
203 @smallexample
204 (define_insn "tstsi"
205   [(set (cc0)
206         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
207   ""
208 @{
209   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
210     return "tstl %0";
211   return "cmpl #0,%0";
212 @})
213 @end smallexample
214
215 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
216 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
217 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
218 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
219 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
220 can be constructed using this pattern.
221
222 The output control string is a piece of C code which chooses which
223 output template to return based on the kind of operand and the specific
224 type of CPU for which code is being generated.
225
226 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
227
228 @node RTL Template
229 @section RTL Template
230 @cindex RTL insn template
231 @cindex generating insns
232 @cindex insns, generating
233 @cindex recognizing insns
234 @cindex insns, recognizing
235
236 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
237 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
238 says how to construct an insn from specified operands.
239
240 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
241 template.  Matching involves determining the values that serve as the
242 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
243 controlled by special expression types that direct matching and
244 substitution of the operands.
245
246 @table @code
247 @findex match_operand
248 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
249 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
250 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
251 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
252 appears at this position in the insn will be taken as operand
253 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
254 pattern will not match at all.
255
256 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
257 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
258 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
259 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
260 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
261 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
262 other operand numbers.
263
264 @var{predicate} is a string that is the name of a function that
265 accepts two arguments, an expression and a machine mode.
266 @xref{Predicates}.  During matching, the function will be called with
267 the putative operand as the expression and @var{m} as the mode
268 argument (if @var{m} is not specified, @code{VOIDmode} will be used,
269 which normally causes @var{predicate} to accept any mode).  If it
270 returns zero, this instruction pattern fails to match.
271 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be
272 done on the operand, so anything which occurs in this position is
273 valid.
274
275 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
276 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
277 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
278 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
279 @code{VOIDmode}.
280
281 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
282 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
283 If the constraint would be an empty string, it can be omitted.
284
285 People are often unclear on the difference between the constraint and the
286 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
287 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
288 controls various decisions in the case of an insn which does match.
289
290 @findex match_scratch
291 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
292 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
293 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
294 expression.
295
296 When matching patterns, this is equivalent to
297
298 @smallexample
299 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
300 @end smallexample
301
302 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
303 expression.
304
305 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
306 expressions whose operands are either a hard register or
307 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
308 necessary.  @xref{Side Effects}.
309
310 @findex match_dup
311 @item (match_dup @var{n})
312 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
313 It is used when the operand needs to appear more than once in the
314 insn.
315
316 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
317 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
318 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
319 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
320 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
321 identical-looking expression.
322
323 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
324 a particular register is being used for two operands (example:
325 @code{add} that adds one register to another; the second register is
326 both an input operand and the output operand).  Use a matching
327 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
328 operand is used in two places in the template, such as an instruction
329 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
330 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
331 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
332
333 @findex match_operator
334 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
335 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
336 code.
337
338 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
339 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
340 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
341
342 When matching an expression, it matches an expression if the function
343 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
344 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
345
346 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
347 follows, to match any expression whose operator is one of the
348 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
349
350 @smallexample
351 int
352 commutative_integer_operator (x, mode)
353      rtx x;
354      enum machine_mode mode;
355 @{
356   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
357   if (GET_MODE (x) != mode)
358     return 0;
359   return (GET_RTX_CLASS (code) == RTX_COMM_ARITH
360           || code == EQ || code == NE);
361 @}
362 @end smallexample
363
364 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
365 of a commutative operator applied to two general operands:
366
367 @smallexample
368 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
369   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
370    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
371 @end smallexample
372
373 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
374 because the expressions to be matched all contain two operands.
375
376 When this pattern does match, the two operands of the commutative
377 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
378 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
379 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
380 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
381
382 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
383 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
384 predicate function, and that function is solely responsible for
385 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
386
387 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
388 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
389 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
390 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
391 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
392 only its expression code matters.
393
394 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
395 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
396 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
397 register allocation because the register allocator often looks at
398 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
399
400 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
401 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
402 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
403 However, if parts of its @var{operands} are matched by
404 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
405 their own.
406
407 @findex match_op_dup
408 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
409 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
410 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
411 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
412 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
413 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
414 recognition template, and it matches only an identical-looking
415 expression.
416
417 @findex match_parallel
418 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
419 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
420 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
421 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
422
423 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
424 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
425 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
426 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
427 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
428 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
429 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
430 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
431 those listed in the @code{match_parallel}.
432
433 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
434 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
435 in a @code{parallel}.  For example,
436
437 @smallexample
438 (define_insn ""
439   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
440      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
441            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
442       (use (reg:SI 179))
443       (clobber (reg:SI 179))])]
444   ""
445   "loadm 0,0,%1,%2")
446 @end smallexample
447
448 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
449 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
450 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
451 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
452 registers and memory locations.
453
454 An insn that matches this pattern might look like:
455
456 @smallexample
457 (parallel
458  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
459   (use (reg:SI 179))
460   (clobber (reg:SI 179))
461   (set (reg:SI 21)
462        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
463                         (const_int 4))))
464   (set (reg:SI 22)
465        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
466                         (const_int 8))))])
467 @end smallexample
468
469 @findex match_par_dup
470 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
471 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
472 @code{match_operator}.
473
474 @end table
475
476 @node Output Template
477 @section Output Templates and Operand Substitution
478 @cindex output templates
479 @cindex operand substitution
480
481 @cindex @samp{%} in template
482 @cindex percent sign
483 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
484 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
485 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
486 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
487 identify places where different variants of the assembler require
488 different syntax.
489
490 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
491 operand @var{n} at that point in the string.
492
493 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
494 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
495 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
496 additional letters with nonstandard meanings.
497
498 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
499 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
500 operand.
501
502 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
503 the constant is negated before printing.
504
505 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
506 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
507 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
508 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
509 as if it were a memory reference.
510
511 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
512 instruction.
513
514 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
515 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
516 referred to more than once in a single template that generates multiple
517 assembler instructions.
518
519 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
520 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
521 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
522 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
523 which punctuation characters are valid with the
524 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
525
526 @cindex \
527 @cindex backslash
528 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
529 for the instructions, with @samp{\;} between them.
530
531 @cindex matching operands
532 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
533 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
534 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
535 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
536 operand.
537
538 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
539 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
540 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
541 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
542 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
543 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
544 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
545 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
546 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
547 it to do nothing.
548
549 @cindex @code{#} in template
550 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
551 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
552 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
553 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
554 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
555 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
556 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
557 instructions.
558
559 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
560 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
561 describe multiple variants of assembler language syntax.
562 @xref{Instruction Output}.
563
564 @node Output Statement
565 @section C Statements for Assembler Output
566 @cindex output statements
567 @cindex C statements for assembler output
568 @cindex generating assembler output
569
570 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
571 assembler code for all the cases that are recognized by a single
572 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
573 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
574 machine instructions.
575
576 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
577 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
578 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
579 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
580 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
581 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
582 might write this pattern:
583
584 @smallexample
585 (define_insn "addsi3"
586   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
587         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
588                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
589   ""
590   "@@
591    addr %2,%0
592    addm %2,%0")
593 @end smallexample
594
595 @cindex @code{*} in template
596 @cindex asterisk in template
597 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
598 output template but rather a piece of C program that should compute a
599 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
600 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
601 require doublequote characters to delimit them.  To include these
602 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
603
604 If the output control string is written as a brace block instead of a
605 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
606 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
607 doublequotes surrounding C string literals.
608
609 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
610 is @code{rtx []}.
611
612 It is very common to select different ways of generating assembler code
613 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
614 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
615 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
616 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
617 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
618 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
619 values of those bits.
620
621 @findex output_asm_insn
622 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
623 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
624 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
625 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
626 that you declare locally and initialize yourself.
627
628 @findex which_alternative
629 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
630 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
631 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
632 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
633 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
634 etc.).
635
636 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
637 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
638 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
639
640 @smallexample
641 (define_insn ""
642   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
643         (const_int 0))]
644   ""
645   @{
646   return (which_alternative == 0
647           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
648   @})
649 @end smallexample
650
651 The example above, where the assembler code to generate was
652 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
653 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
654
655 @smallexample
656 @group
657 (define_insn ""
658   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
659         (const_int 0))]
660   ""
661   "@@
662    clrreg %0
663    clrmem %0")
664 @end group
665 @end smallexample
666
667 @node Predicates
668 @section Predicates
669 @cindex predicates
670 @cindex operand predicates
671 @cindex operator predicates
672
673 A predicate determines whether a @code{match_operand} or
674 @code{match_operator} expression matches, and therefore whether the
675 surrounding instruction pattern will be used for that combination of
676 operands.  GCC has a number of machine-independent predicates, and you
677 can define machine-specific predicates as needed.  By convention,
678 predicates used with @code{match_operand} have names that end in
679 @samp{_operand}, and those used with @code{match_operator} have names
680 that end in @samp{_operator}.
681
682 All predicates are Boolean functions (in the mathematical sense) of
683 two arguments: the RTL expression that is being considered at that
684 position in the instruction pattern, and the machine mode that the
685 @code{match_operand} or @code{match_operator} specifies.  In this
686 section, the first argument is called @var{op} and the second argument
687 @var{mode}.  Predicates can be called from C as ordinary two-argument
688 functions; this can be useful in output templates or other
689 machine-specific code.
690
691 Operand predicates can allow operands that are not actually acceptable
692 to the hardware, as long as the constraints give reload the ability to
693 fix them up (@pxref{Constraints}).  However, GCC will usually generate
694 better code if the predicates specify the requirements of the machine
695 instructions as closely as possible.  Reload cannot fix up operands
696 that must be constants (``immediate operands''); you must use a
697 predicate that allows only constants, or else enforce the requirement
698 in the extra condition.
699
700 @cindex predicates and machine modes
701 @cindex normal predicates
702 @cindex special predicates
703 Most predicates handle their @var{mode} argument in a uniform manner.
704 If @var{mode} is @code{VOIDmode} (unspecified), then @var{op} can have
705 any mode.  If @var{mode} is anything else, then @var{op} must have the
706 same mode, unless @var{op} is a @code{CONST_INT} or integer
707 @code{CONST_DOUBLE}.  These RTL expressions always have
708 @code{VOIDmode}, so it would be counterproductive to check that their
709 mode matches.  Instead, predicates that accept @code{CONST_INT} and/or
710 integer @code{CONST_DOUBLE} check that the value stored in the
711 constant will fit in the requested mode.
712
713 Predicates with this behavior are called @dfn{normal}.
714 @command{genrecog} can optimize the instruction recognizer based on
715 knowledge of how normal predicates treat modes.  It can also diagnose
716 certain kinds of common errors in the use of normal predicates; for
717 instance, it is almost always an error to use a normal predicate
718 without specifying a mode.
719
720 Predicates that do something different with their @var{mode} argument
721 are called @dfn{special}.  The generic predicates
722 @code{address_operand} and @code{pmode_register_operand} are special
723 predicates.  @command{genrecog} does not do any optimizations or
724 diagnosis when special predicates are used.
725
726 @menu
727 * Machine-Independent Predicates::  Predicates available to all back ends.
728 * Defining Predicates::             How to write machine-specific predicate
729                                     functions.
730 @end menu
731
732 @node Machine-Independent Predicates
733 @subsection Machine-Independent Predicates
734 @cindex machine-independent predicates
735 @cindex generic predicates
736
737 These are the generic predicates available to all back ends.  They are
738 defined in @file{recog.c}.  The first category of predicates allow
739 only constant, or @dfn{immediate}, operands.
740
741 @defun immediate_operand
742 This predicate allows any sort of constant that fits in @var{mode}.
743 It is an appropriate choice for instructions that take operands that
744 must be constant.
745 @end defun
746
747 @defun const_int_operand
748 This predicate allows any @code{CONST_INT} expression that fits in
749 @var{mode}.  It is an appropriate choice for an immediate operand that
750 does not allow a symbol or label.
751 @end defun
752
753 @defun const_double_operand
754 This predicate accepts any @code{CONST_DOUBLE} expression that has
755 exactly @var{mode}.  If @var{mode} is @code{VOIDmode}, it will also
756 accept @code{CONST_INT}.  It is intended for immediate floating point
757 constants.
758 @end defun
759
760 @noindent
761 The second category of predicates allow only some kind of machine
762 register.
763
764 @defun register_operand
765 This predicate allows any @code{REG} or @code{SUBREG} expression that
766 is valid for @var{mode}.  It is often suitable for arithmetic
767 instruction operands on a RISC machine.
768 @end defun
769
770 @defun pmode_register_operand
771 This is a slight variant on @code{register_operand} which works around
772 a limitation in the machine-description reader.
773
774 @smallexample
775 (match_operand @var{n} "pmode_register_operand" @var{constraint})
776 @end smallexample
777
778 @noindent
779 means exactly what
780
781 @smallexample
782 (match_operand:P @var{n} "register_operand" @var{constraint})
783 @end smallexample
784
785 @noindent
786 would mean, if the machine-description reader accepted @samp{:P}
787 mode suffixes.  Unfortunately, it cannot, because @code{Pmode} is an
788 alias for some other mode, and might vary with machine-specific
789 options.  @xref{Misc}.
790 @end defun
791
792 @defun scratch_operand
793 This predicate allows hard registers and @code{SCRATCH} expressions,
794 but not pseudo-registers.  It is used internally by @code{match_scratch};
795 it should not be used directly.
796 @end defun
797
798 @noindent
799 The third category of predicates allow only some kind of memory reference.
800
801 @defun memory_operand
802 This predicate allows any valid reference to a quantity of mode
803 @var{mode} in memory, as determined by the weak form of
804 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS} (@pxref{Addressing Modes}).
805 @end defun
806
807 @defun address_operand
808 This predicate is a little unusual; it allows any operand that is a
809 valid expression for the @emph{address} of a quantity of mode
810 @var{mode}, again determined by the weak form of
811 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS}.  To first order, if
812 @samp{@w{(mem:@var{mode} (@var{exp}))}} is acceptable to
813 @code{memory_operand}, then @var{exp} is acceptable to
814 @code{address_operand}.  Note that @var{exp} does not necessarily have
815 the mode @var{mode}.
816 @end defun
817
818 @defun indirect_operand
819 This is a stricter form of @code{memory_operand} which allows only
820 memory references with a @code{general_operand} as the address
821 expression.  New uses of this predicate are discouraged, because
822 @code{general_operand} is very permissive, so it's hard to tell what
823 an @code{indirect_operand} does or does not allow.  If a target has
824 different requirements for memory operands for different instructions,
825 it is better to define target-specific predicates which enforce the
826 hardware's requirements explicitly.
827 @end defun
828
829 @defun push_operand
830 This predicate allows a memory reference suitable for pushing a value
831 onto the stack.  This will be a @code{MEM} which refers to
832 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address expression
833 (@pxref{Incdec}); which one is determined by the
834 @code{STACK_PUSH_CODE} macro (@pxref{Frame Layout}).
835 @end defun
836
837 @defun pop_operand
838 This predicate allows a memory reference suitable for popping a value
839 off the stack.  Again, this will be a @code{MEM} referring to
840 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address
841 expression.  However, this time @code{STACK_POP_CODE} is expected.
842 @end defun
843
844 @noindent
845 The fourth category of predicates allow some combination of the above
846 operands.
847
848 @defun nonmemory_operand
849 This predicate allows any immediate or register operand valid for @var{mode}.
850 @end defun
851
852 @defun nonimmediate_operand
853 This predicate allows any register or memory operand valid for @var{mode}.
854 @end defun
855
856 @defun general_operand
857 This predicate allows any immediate, register, or memory operand
858 valid for @var{mode}.
859 @end defun
860
861 @noindent
862 Finally, there is one generic operator predicate.
863
864 @defun comparison_operator
865 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
866 comparison in @var{mode}; that is, @code{COMPARISON_P} is true for the
867 expression code.
868 @end defun
869
870 @node Defining Predicates
871 @subsection Defining Machine-Specific Predicates
872 @cindex defining predicates
873 @findex define_predicate
874 @findex define_special_predicate
875
876 Many machines have requirements for their operands that cannot be
877 expressed precisely using the generic predicates.  You can define
878 additional predicates using @code{define_predicate} and
879 @code{define_special_predicate} expressions.  These expressions have
880 three operands:
881
882 @itemize @bullet
883 @item
884 The name of the predicate, as it will be referred to in
885 @code{match_operand} or @code{match_operator} expressions.
886
887 @item
888 An RTL expression which evaluates to true if the predicate allows the
889 operand @var{op}, false if it does not.  This expression can only use
890 the following RTL codes:
891
892 @table @code
893 @item MATCH_OPERAND
894 When written inside a predicate expression, a @code{MATCH_OPERAND}
895 expression evaluates to true if the predicate it names would allow
896 @var{op}.  The operand number and constraint are ignored.  Due to
897 limitations in @command{genrecog}, you can only refer to generic
898 predicates and predicates that have already been defined.
899
900 @item MATCH_CODE
901 This expression evaluates to true if @var{op} or a specified
902 subexpression of @var{op} has one of a given list of RTX codes.
903
904 The first operand of this expression is a string constant containing a
905 comma-separated list of RTX code names (in lower case).  These are the
906 codes for which the @code{MATCH_CODE} will be true.
907
908 The second operand is a string constant which indicates what
909 subexpression of @var{op} to examine.  If it is absent or the empty
910 string, @var{op} itself is examined.  Otherwise, the string constant
911 must be a sequence of digits and/or lowercase letters.  Each character
912 indicates a subexpression to extract from the current expression; for
913 the first character this is @var{op}, for the second and subsequent
914 characters it is the result of the previous character.  A digit
915 @var{n} extracts @samp{@w{XEXP (@var{e}, @var{n})}}; a letter @var{l}
916 extracts @samp{@w{XVECEXP (@var{e}, 0, @var{n})}} where @var{n} is the
917 alphabetic ordinal of @var{l} (0 for `a', 1 for 'b', and so on).  The
918 @code{MATCH_CODE} then examines the RTX code of the subexpression
919 extracted by the complete string.  It is not possible to extract
920 components of an @code{rtvec} that is not at position 0 within its RTX
921 object.
922
923 @item MATCH_TEST
924 This expression has one operand, a string constant containing a C
925 expression.  The predicate's arguments, @var{op} and @var{mode}, are
926 available with those names in the C expression.  The @code{MATCH_TEST}
927 evaluates to true if the C expression evaluates to a nonzero value.
928 @code{MATCH_TEST} expressions must not have side effects.
929
930 @item  AND
931 @itemx IOR
932 @itemx NOT
933 @itemx IF_THEN_ELSE
934 The basic @samp{MATCH_} expressions can be combined using these
935 logical operators, which have the semantics of the C operators
936 @samp{&&}, @samp{||}, @samp{!}, and @samp{@w{? :}} respectively.  As
937 in Common Lisp, you may give an @code{AND} or @code{IOR} expression an
938 arbitrary number of arguments; this has exactly the same effect as
939 writing a chain of two-argument @code{AND} or @code{IOR} expressions.
940 @end table
941
942 @item
943 An optional block of C code, which should execute
944 @samp{@w{return true}} if the predicate is found to match and
945 @samp{@w{return false}} if it does not.  It must not have any side
946 effects.  The predicate arguments, @var{op} and @var{mode}, are
947 available with those names.
948
949 If a code block is present in a predicate definition, then the RTL
950 expression must evaluate to true @emph{and} the code block must
951 execute @samp{@w{return true}} for the predicate to allow the operand.
952 The RTL expression is evaluated first; do not re-check anything in the
953 code block that was checked in the RTL expression.
954 @end itemize
955
956 The program @command{genrecog} scans @code{define_predicate} and
957 @code{define_special_predicate} expressions to determine which RTX
958 codes are possibly allowed.  You should always make this explicit in
959 the RTL predicate expression, using @code{MATCH_OPERAND} and
960 @code{MATCH_CODE}.
961
962 Here is an example of a simple predicate definition, from the IA64
963 machine description:
964
965 @smallexample
966 @group
967 ;; @r{True if @var{op} is a @code{SYMBOL_REF} which refers to the sdata section.}
968 (define_predicate "small_addr_symbolic_operand"
969   (and (match_code "symbol_ref")
970        (match_test "SYMBOL_REF_SMALL_ADDR_P (op)")))
971 @end group
972 @end smallexample
973
974 @noindent
975 And here is another, showing the use of the C block.
976
977 @smallexample
978 @group
979 ;; @r{True if @var{op} is a register operand that is (or could be) a GR reg.}
980 (define_predicate "gr_register_operand"
981   (match_operand 0 "register_operand")
982 @{
983   unsigned int regno;
984   if (GET_CODE (op) == SUBREG)
985     op = SUBREG_REG (op);
986
987   regno = REGNO (op);
988   return (regno >= FIRST_PSEUDO_REGISTER || GENERAL_REGNO_P (regno));
989 @})
990 @end group
991 @end smallexample
992
993 Predicates written with @code{define_predicate} automatically include
994 a test that @var{mode} is @code{VOIDmode}, or @var{op} has the same
995 mode as @var{mode}, or @var{op} is a @code{CONST_INT} or
996 @code{CONST_DOUBLE}.  They do @emph{not} check specifically for
997 integer @code{CONST_DOUBLE}, nor do they test that the value of either
998 kind of constant fits in the requested mode.  This is because
999 target-specific predicates that take constants usually have to do more
1000 stringent value checks anyway.  If you need the exact same treatment
1001 of @code{CONST_INT} or @code{CONST_DOUBLE} that the generic predicates
1002 provide, use a @code{MATCH_OPERAND} subexpression to call
1003 @code{const_int_operand}, @code{const_double_operand}, or
1004 @code{immediate_operand}.
1005
1006 Predicates written with @code{define_special_predicate} do not get any
1007 automatic mode checks, and are treated as having special mode handling
1008 by @command{genrecog}.
1009
1010 The program @command{genpreds} is responsible for generating code to
1011 test predicates.  It also writes a header file containing function
1012 declarations for all machine-specific predicates.  It is not necessary
1013 to declare these predicates in @file{@var{cpu}-protos.h}.
1014 @end ifset
1015
1016 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
1017 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
1018 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
1019 @ifset INTERNALS
1020 @node Constraints
1021 @section Operand Constraints
1022 @cindex operand constraints
1023 @cindex constraints
1024
1025 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify
1026 constraints for the operands allowed.  The constraints allow you to
1027 fine-tune matching within the set of operands allowed by the
1028 predicate.
1029
1030 @end ifset
1031 @ifclear INTERNALS
1032 @node Constraints
1033 @section Constraints for @code{asm} Operands
1034 @cindex operand constraints, @code{asm}
1035 @cindex constraints, @code{asm}
1036 @cindex @code{asm} constraints
1037
1038 Here are specific details on what constraint letters you can use with
1039 @code{asm} operands.
1040 @end ifclear
1041 Constraints can say whether
1042 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
1043 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
1044 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
1045 have.  Constraints can also require two operands to match.
1046
1047 @ifset INTERNALS
1048 @menu
1049 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1050 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1051 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
1052 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1053 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
1054 * Define Constraints::  How to define machine-specific constraints.
1055 * C Constraint Interface:: How to test constraints from C code.
1056 @end menu
1057 @end ifset
1058
1059 @ifclear INTERNALS
1060 @menu
1061 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1062 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1063 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1064 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1065 @end menu
1066 @end ifclear
1067
1068 @node Simple Constraints
1069 @subsection Simple Constraints
1070 @cindex simple constraints
1071
1072 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1073 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1074 the letters that are allowed:
1075
1076 @table @asis
1077 @item whitespace
1078 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1079 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1080 be visually aligned in the machine description even if they have different
1081 number of constraints and modifiers.
1082
1083 @cindex @samp{m} in constraint
1084 @cindex memory references in constraints
1085 @item @samp{m}
1086 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1087 supports in general.
1088
1089 @cindex offsettable address
1090 @cindex @samp{o} in constraint
1091 @item @samp{o}
1092 A memory operand is allowed, but only if the address is
1093 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1094 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1095 may be added to the address and the result is also a valid memory
1096 address.
1097
1098 @cindex autoincrement/decrement addressing
1099 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1100 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1101 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1102 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1103 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1104 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1105 addressing modes that the machine supports.
1106
1107 Note that in an output operand which can be matched by another
1108 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1109 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1110 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1111
1112 @cindex @samp{V} in constraint
1113 @item @samp{V}
1114 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1115 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1116
1117 @cindex @samp{<} in constraint
1118 @item @samp{<}
1119 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1120 postdecrement) is allowed.
1121
1122 @cindex @samp{>} in constraint
1123 @item @samp{>}
1124 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1125 postincrement) is allowed.
1126
1127 @cindex @samp{r} in constraint
1128 @cindex registers in constraints
1129 @item @samp{r}
1130 A register operand is allowed provided that it is in a general
1131 register.
1132
1133 @cindex constants in constraints
1134 @cindex @samp{i} in constraint
1135 @item @samp{i}
1136 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1137 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1138 assembly time or later.
1139
1140 @cindex @samp{n} in constraint
1141 @item @samp{n}
1142 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1143 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1144 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1145 rather than @samp{i}.
1146
1147 @cindex @samp{I} in constraint
1148 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1149 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1150 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1151 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1152 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1153 This is the range permitted as a shift count in the shift
1154 instructions.
1155
1156 @cindex @samp{E} in constraint
1157 @item @samp{E}
1158 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1159 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1160 that of the host machine (on which the compiler is running).
1161
1162 @cindex @samp{F} in constraint
1163 @item @samp{F}
1164 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1165 @code{const_vector}) is allowed.
1166
1167 @cindex @samp{G} in constraint
1168 @cindex @samp{H} in constraint
1169 @item @samp{G}, @samp{H}
1170 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1171 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1172
1173 @cindex @samp{s} in constraint
1174 @item @samp{s}
1175 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1176 allowed.
1177
1178 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1179 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1180 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1181 better code to be generated.
1182
1183 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1184 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1185 and 127, better code results from loading the value into a register and
1186 using the register.  This is because the load into the register can be
1187 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1188 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1189 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1190 constraints.
1191
1192 @cindex @samp{g} in constraint
1193 @item @samp{g}
1194 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1195 registers that are not general registers.
1196
1197 @cindex @samp{X} in constraint
1198 @item @samp{X}
1199 @ifset INTERNALS
1200 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1201 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1202 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1203 require a scratch register.
1204 @end ifset
1205 @ifclear INTERNALS
1206 Any operand whatsoever is allowed.
1207 @end ifclear
1208
1209 @cindex @samp{0} in constraint
1210 @cindex digits in constraint
1211 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1212 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1213 digit is used together with letters within the same alternative, the
1214 digit should come last.
1215
1216 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1217 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1218 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1219 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1220 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1221 can use multiple alternatives instead.
1222
1223 @cindex matching constraint
1224 @cindex constraint, matching
1225 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1226 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1227 @ifset INTERNALS
1228 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1229 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1230 @end ifset
1231 @ifclear INTERNALS
1232 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1233 two input operands and an output operand, but on most CISC
1234 @end ifclear
1235 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1236 input-output operand:
1237
1238 @smallexample
1239 addl #35,r12
1240 @end smallexample
1241
1242 Matching constraints are used in these circumstances.
1243 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1244 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1245 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1246 constraint.
1247
1248 @ifset INTERNALS
1249 For operands to match in a particular case usually means that they
1250 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1251 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1252 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1253 For proper results in such cases, the output template should always
1254 use the output-operand's number when printing the operand.
1255 @end ifset
1256
1257 @cindex load address instruction
1258 @cindex push address instruction
1259 @cindex address constraints
1260 @cindex @samp{p} in constraint
1261 @item @samp{p}
1262 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1263 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1264
1265 @findex address_operand
1266 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1267 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1268 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1269 reference for which the address would be valid.
1270
1271 @cindex other register constraints
1272 @cindex extensible constraints
1273 @item @var{other-letters}
1274 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1275 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1276 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1277 for data, address and floating point registers.
1278 @end table
1279
1280 @ifset INTERNALS
1281 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1282 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1283 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1284 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1285 done by copying an operand into a register.
1286
1287 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1288
1289 @smallexample
1290 (define_insn ""
1291   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1292         (plus:SI (match_dup 0)
1293                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1294   ""
1295   "@dots{}")
1296 @end smallexample
1297
1298 @noindent
1299 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1300
1301 @smallexample
1302 (define_insn ""
1303   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1304         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1305                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1306   ""
1307   "@dots{}")
1308 @end smallexample
1309
1310 @noindent
1311 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1312 identical.  If we are considering an insn of the form
1313
1314 @smallexample
1315 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1316   (set (reg:SI 3)
1317        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1318   @dots{})
1319 @end smallexample
1320
1321 @noindent
1322 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1323 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1324 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns''.
1325 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1326 is something wrong with it''.  It would direct the reload pass of the
1327 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1328 results might look like this:
1329
1330 @smallexample
1331 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1332   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1333   @dots{})
1334
1335 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1336   (set (reg:SI 3)
1337        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1338   @dots{})
1339 @end smallexample
1340
1341 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1342 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1343 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1344 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1345 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1346 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1347 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1348 reloading any possible operand so that it will fit.
1349
1350 @itemize @bullet
1351 @item
1352 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1353 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1354
1355 For example, an operand whose constraints permit everything except
1356 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1357
1358 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1359 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1360 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1361 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1362 more selective.
1363
1364 @item
1365 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1366 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1367 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1368 compiler knows how to copy a register into another register of the
1369 proper class in order to make an instruction valid.
1370
1371 @cindex nonoffsettable memory reference
1372 @cindex memory reference, nonoffsettable
1373 @item
1374 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1375 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1376 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1377
1378 @item
1379 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1380 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1381 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1382 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1383
1384 @item
1385 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1386 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1387 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1388 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1389 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1390 objects allowed by the constraint.
1391 @end itemize
1392
1393 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1394 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1395 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1396 how to copy a register temporarily into memory.
1397
1398 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1399 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1400 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1401 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1402 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1403 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1404 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1405 @code{sign_extend}.
1406 @end ifset
1407
1408 @node Multi-Alternative
1409 @subsection Multiple Alternative Constraints
1410 @cindex multiple alternative constraints
1411
1412 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1413 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1414 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1415 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1416 another.
1417
1418 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1419 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1420 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1421 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1422 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1423 @ifset INTERNALS
1424 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1425
1426 @smallexample
1427 (define_insn "iorsi3"
1428   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1429         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1430                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1431   @dots{})
1432 @end smallexample
1433
1434 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1435 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1436 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1437 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1438 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1439 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1440 @end ifset
1441
1442 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1443 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1444 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1445 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1446 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1447 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1448 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1449
1450 @table @code
1451 @cindex @samp{?} in constraint
1452 @cindex question mark
1453 @item ?
1454 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1455 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1456 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1457 in it.
1458
1459 @cindex @samp{!} in constraint
1460 @cindex exclamation point
1461 @item !
1462 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1463 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1464 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1465 @end table
1466
1467 @ifset INTERNALS
1468 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1469 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1470 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1471 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1472 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1473 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1474 @end ifset
1475
1476 @ifset INTERNALS
1477 @node Class Preferences
1478 @subsection Register Class Preferences
1479 @cindex class preference constraints
1480 @cindex register class preference constraints
1481
1482 @cindex voting between constraint alternatives
1483 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1484 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1485 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1486 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1487 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1488 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1489 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1490 favor of a general register.  The machine description says which registers
1491 are considered general.
1492
1493 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1494 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1495 @end ifset
1496
1497 @node Modifiers
1498 @subsection Constraint Modifier Characters
1499 @cindex modifiers in constraints
1500 @cindex constraint modifier characters
1501
1502 @c prevent bad page break with this line
1503 Here are constraint modifier characters.
1504
1505 @table @samp
1506 @cindex @samp{=} in constraint
1507 @item =
1508 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1509 value is discarded and replaced by output data.
1510
1511 @cindex @samp{+} in constraint
1512 @item +
1513 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1514
1515 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1516 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1517 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1518 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1519 are assumed to be input only.
1520
1521 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1522 first character of the constraint string.
1523
1524 @cindex @samp{&} in constraint
1525 @cindex earlyclobber operand
1526 @item &
1527 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1528 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1529 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1530 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1531 address.
1532
1533 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1534 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1535 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1536 @samp{movdf} insn of the 68000.
1537
1538 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1539 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1540 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1541 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1542 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1543
1544 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1545
1546 @cindex @samp{%} in constraint
1547 @item %
1548 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1549 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1550 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1551 constraints.
1552 @ifset INTERNALS
1553 This is often used in patterns for addition instructions
1554 that really have only two operands: the result must go in one of the
1555 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1556 instruction is defined:
1557
1558 @smallexample
1559 (define_insn "addhi3"
1560   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1561      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1562               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1563   @dots{})
1564 @end smallexample
1565 @end ifset
1566 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1567 the compiler may fail.  Note that you need not use the modifier if
1568 the two alternatives are strictly identical; this would only waste
1569 time in the reload pass.  The modifier is not operational after
1570 register allocation, so the result of @code{define_peephole2}
1571 and @code{define_split}s performed after reload cannot rely on
1572 @samp{%} to make the intended insn match.
1573
1574 @cindex @samp{#} in constraint
1575 @item #
1576 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1577 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1578 register preferences.
1579
1580 @cindex @samp{*} in constraint
1581 @item *
1582 Says that the following character should be ignored when choosing
1583 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1584 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1585
1586 @ifset INTERNALS
1587 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1588 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1589 copying it into an address register.  While either kind of register is
1590 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1591 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1592 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1593 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1594 register preferences.
1595
1596 @smallexample
1597 (define_insn "extendhisi2"
1598   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1599         (sign_extend:SI
1600          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1601   @dots{})
1602 @end smallexample
1603 @end ifset
1604 @end table
1605
1606 @node Machine Constraints
1607 @subsection Constraints for Particular Machines
1608 @cindex machine specific constraints
1609 @cindex constraints, machine specific
1610
1611 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1612 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1613 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1614 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1615 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1616 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1617 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1618 immediate-constant format.
1619
1620 Each architecture defines additional constraints.  These constraints
1621 are used by the compiler itself for instruction generation, as well as
1622 for @code{asm} statements; therefore, some of the constraints are not
1623 particularly useful for @code{asm}.  Here is a summary of some of the
1624 machine-dependent constraints available on some particular machines;
1625 it includes both constraints that are useful for @code{asm} and
1626 constraints that aren't.  The compiler source file mentioned in the
1627 table heading for each architecture is the definitive reference for
1628 the meanings of that architecture's constraints.
1629  
1630 @table @emph
1631 @item ARM family---@file{config/arm/arm.h}
1632 @table @code
1633 @item f
1634 Floating-point register
1635
1636 @item w
1637 VFP floating-point register
1638
1639 @item F
1640 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1641 or 10.0
1642
1643 @item G
1644 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1645 were negated
1646
1647 @item I
1648 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1649 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1650 multiple of 2
1651
1652 @item J
1653 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1654
1655 @item K
1656 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1657
1658 @item L
1659 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1660
1661 @item M
1662 Integer in the range 0 to 32
1663
1664 @item Q
1665 A memory reference where the exact address is in a single register
1666 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1667
1668 @item R
1669 An item in the constant pool
1670
1671 @item S
1672 A symbol in the text segment of the current file
1673
1674 @item Uv
1675 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1676
1677 @item Uy
1678 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1679
1680 @item Uq
1681 A memory reference suitable for the ARMv4 ldrsb instruction.
1682 @end table
1683
1684 @item AVR family---@file{config/avr/constraints.md}
1685 @table @code
1686 @item l
1687 Registers from r0 to r15
1688
1689 @item a
1690 Registers from r16 to r23
1691
1692 @item d
1693 Registers from r16 to r31
1694
1695 @item w
1696 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1697
1698 @item e
1699 Pointer register (r26--r31)
1700
1701 @item b
1702 Base pointer register (r28--r31)
1703
1704 @item q
1705 Stack pointer register (SPH:SPL)
1706
1707 @item t
1708 Temporary register r0
1709
1710 @item x
1711 Register pair X (r27:r26)
1712
1713 @item y
1714 Register pair Y (r29:r28)
1715
1716 @item z
1717 Register pair Z (r31:r30)
1718
1719 @item I
1720 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1721
1722 @item J
1723 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1724
1725 @item K
1726 Constant integer 2
1727
1728 @item L
1729 Constant integer 0
1730
1731 @item M
1732 Constant that fits in 8 bits
1733
1734 @item N
1735 Constant integer @minus{}1
1736
1737 @item O
1738 Constant integer 8, 16, or 24
1739
1740 @item P
1741 Constant integer 1
1742
1743 @item G
1744 A floating point constant 0.0
1745 @end table
1746
1747 @item CRX Architecture---@file{config/crx/crx.h}
1748 @table @code
1749
1750 @item b
1751 Registers from r0 to r14 (registers without stack pointer)
1752
1753 @item l
1754 Register r16 (64-bit accumulator lo register)
1755
1756 @item h
1757 Register r17 (64-bit accumulator hi register)
1758
1759 @item k
1760 Register pair r16-r17. (64-bit accumulator lo-hi pair)
1761
1762 @item I
1763 Constant that fits in 3 bits
1764
1765 @item J
1766 Constant that fits in 4 bits
1767
1768 @item K
1769 Constant that fits in 5 bits
1770
1771 @item L
1772 Constant that is one of -1, 4, -4, 7, 8, 12, 16, 20, 32, 48
1773
1774 @item G
1775 Floating point constant that is legal for store immediate
1776 @end table
1777
1778 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{config/rs6000/rs6000.h}
1779 @table @code
1780 @item b
1781 Address base register
1782
1783 @item f
1784 Floating point register
1785
1786 @item v
1787 Vector register
1788
1789 @item h
1790 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1791
1792 @item q
1793 @samp{MQ} register
1794
1795 @item c
1796 @samp{CTR} register
1797
1798 @item l
1799 @samp{LINK} register
1800
1801 @item x
1802 @samp{CR} register (condition register) number 0
1803
1804 @item y
1805 @samp{CR} register (condition register)
1806
1807 @item z
1808 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1809
1810 @item I
1811 Signed 16-bit constant
1812
1813 @item J
1814 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1815 @code{SImode} constants)
1816
1817 @item K
1818 Unsigned 16-bit constant
1819
1820 @item L
1821 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1822
1823 @item M
1824 Constant larger than 31
1825
1826 @item N
1827 Exact power of 2
1828
1829 @item O
1830 Zero
1831
1832 @item P
1833 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1834
1835 @item G
1836 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1837 instruction per word
1838
1839 @item H
1840 Integer/Floating point constant that can be loaded into a register using
1841 three instructions
1842
1843 @item Q
1844 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1845 for @code{asm} statements)
1846
1847 @item Z
1848 Memory operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{m} is
1849 preferable for @code{asm} statements)
1850
1851 @item R
1852 AIX TOC entry
1853
1854 @item a
1855 Address operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{p} is
1856 preferable for @code{asm} statements)
1857
1858 @item S
1859 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1860
1861 @item T
1862 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1863
1864 @item U
1865 System V Release 4 small data area reference
1866
1867 @item t
1868 AND masks that can be performed by two rldic@{l, r@} instructions
1869
1870 @item W
1871 Vector constant that does not require memory
1872
1873 @end table
1874
1875 @item MorphoTech family---@file{config/mt/mt.h}
1876 @table @code
1877 @item I
1878 Constant for an arithmetic insn (16-bit signed integer).
1879
1880 @item J
1881 The constant 0.
1882
1883 @item K
1884 Constant for a logical insn (16-bit zero-extended integer).
1885
1886 @item L
1887 A constant that can be loaded with @code{lui} (i.e.@: the bottom 16
1888 bits are zero).
1889
1890 @item M
1891 A constant that takes two words to load (i.e.@: not matched by
1892 @code{I}, @code{K}, or @code{L}).
1893
1894 @item N
1895 Negative 16-bit constants other than -65536.
1896
1897 @item O
1898 A 15-bit signed integer constant.
1899
1900 @item P
1901 A positive 16-bit constant.
1902 @end table
1903
1904 @item Intel 386---@file{config/i386/constraints.md}
1905 @table @code
1906 @item R
1907 Legacy register---the eight integer registers available on all
1908 i386 processors (@code{a}, @code{b}, @code{c}, @code{d},
1909 @code{si}, @code{di}, @code{bp}, @code{sp}).
1910
1911 @item q
1912 Any register accessible as @code{@var{r}l}.  In 32-bit mode, @code{a},
1913 @code{b}, @code{c}, and @code{d}; in 64-bit mode, any integer register.
1914
1915 @item Q
1916 Any register accessible as @code{@var{r}h}: @code{a}, @code{b},
1917 @code{c}, and @code{d}.
1918
1919 @ifset INTERNALS
1920 @item l
1921 Any register that can be used as the index in a base+index memory
1922 access: that is, any general register except the stack pointer.
1923 @end ifset
1924
1925 @item a
1926 The @code{a} register.
1927
1928 @item b
1929 The @code{b} register.
1930
1931 @item c
1932 The @code{c} register.
1933
1934 @item d
1935 The @code{d} register.
1936
1937 @item S
1938 The @code{si} register.
1939
1940 @item D
1941 The @code{di} register.
1942
1943 @item A
1944 The @code{a} and @code{d} registers, as a pair (for instructions that
1945 return half the result in one and half in the other).
1946
1947 @item f
1948 Any 80387 floating-point (stack) register.
1949
1950 @item t
1951 Top of 80387 floating-point stack (@code{%st(0)}).
1952
1953 @item u
1954 Second from top of 80387 floating-point stack (@code{%st(1)}).
1955
1956 @item y
1957 Any MMX register.
1958
1959 @item x
1960 Any SSE register.
1961
1962 @ifset INTERNALS
1963 @item Y
1964 Any SSE2 register.
1965 @end ifset
1966
1967 @item I
1968 Integer constant in the range 0 @dots{} 31, for 32-bit shifts.
1969
1970 @item J
1971 Integer constant in the range 0 @dots{} 63, for 64-bit shifts.
1972
1973 @item K
1974 Signed 8-bit integer constant.
1975
1976 @item L
1977 @code{0xFF} or @code{0xFFFF}, for andsi as a zero-extending move.
1978
1979 @item M
1980 0, 1, 2, or 3 (shifts for the @code{lea} instruction).
1981
1982 @item N
1983 Unsigned 8-bit integer constant (for @code{in} and @code{out} 
1984 instructions).
1985
1986 @ifset INTERNALS
1987 @item O
1988 Integer constant in the range 0 @dots{} 127, for 128-bit shifts.
1989 @end ifset
1990
1991 @item G
1992 Standard 80387 floating point constant.
1993
1994 @item C
1995 Standard SSE floating point constant.
1996
1997 @item e
1998 32-bit signed integer constant, or a symbolic reference known
1999 to fit that range (for immediate operands in sign-extending x86-64
2000 instructions).
2001
2002 @item Z
2003 32-bit unsigned integer constant, or a symbolic reference known
2004 to fit that range (for immediate operands in zero-extending x86-64
2005 instructions).
2006
2007 @end table
2008
2009 @item Intel IA-64---@file{config/ia64/ia64.h}
2010 @table @code
2011 @item a
2012 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
2013
2014 @item b
2015 Branch register
2016
2017 @item c
2018 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
2019
2020 @item d
2021 Application register residing in M-unit
2022
2023 @item e
2024 Application register residing in I-unit
2025
2026 @item f
2027 Floating-point register
2028
2029 @item m
2030 Memory operand.
2031 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
2032 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
2033 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
2034
2035 @item G
2036 Floating-point constant 0.0 or 1.0
2037
2038 @item I
2039 14-bit signed integer constant
2040
2041 @item J
2042 22-bit signed integer constant
2043
2044 @item K
2045 8-bit signed integer constant for logical instructions
2046
2047 @item L
2048 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
2049
2050 @item M
2051 6-bit unsigned integer constant for shift counts
2052
2053 @item N
2054 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
2055
2056 @item O
2057 The constant zero
2058
2059 @item P
2060 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
2061
2062 @item Q
2063 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
2064
2065 @item R
2066 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
2067
2068 @item S
2069 Memory operand except postincrement and postdecrement
2070 @end table
2071
2072 @item FRV---@file{config/frv/frv.h}
2073 @table @code
2074 @item a
2075 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2076
2077 @item b
2078 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2079
2080 @item c
2081 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
2082 @code{icc0} to @code{icc3}).
2083
2084 @item d
2085 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2086
2087 @item e
2088 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2089 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2090 mode larger than 4 bytes.
2091
2092 @item f
2093 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2094
2095 @item h
2096 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2097 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2098 mode larger than 4 bytes.
2099
2100 @item l
2101 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2102
2103 @item q
2104 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2105 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2106 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2107
2108 @item t
2109 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2110
2111 @item u
2112 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2113
2114 @item v
2115 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2116
2117 @item w
2118 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2119
2120 @item x
2121 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2122 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2123 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2124
2125 @item z
2126 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2127
2128 @item A
2129 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2130
2131 @item B
2132 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2133
2134 @item C
2135 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2136
2137 @item G
2138 Floating point constant zero
2139
2140 @item I
2141 6-bit signed integer constant
2142
2143 @item J
2144 10-bit signed integer constant
2145
2146 @item L
2147 16-bit signed integer constant
2148
2149 @item M
2150 16-bit unsigned integer constant
2151
2152 @item N
2153 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2154 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2155
2156 @item O
2157 Constant zero
2158
2159 @item P
2160 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2161 range of 1 to 2047.
2162
2163 @end table
2164
2165 @item Blackfin family---@file{config/bfin/bfin.h}
2166 @table @code
2167 @item a
2168 P register
2169
2170 @item d
2171 D register
2172
2173 @item z
2174 A call clobbered P register.
2175
2176 @item D
2177 Even-numbered D register
2178
2179 @item W
2180 Odd-numbered D register
2181
2182 @item e
2183 Accumulator register.
2184
2185 @item A
2186 Even-numbered accumulator register.
2187
2188 @item B
2189 Odd-numbered accumulator register.
2190
2191 @item b
2192 I register
2193
2194 @item v
2195 B register
2196
2197 @item f
2198 M register
2199
2200 @item c
2201 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
2202
2203 @item C
2204 The CC register.
2205
2206 @item t
2207 LT0 or LT1.
2208
2209 @item k
2210 LC0 or LC1.
2211
2212 @item u
2213 LB0 or LB1.
2214
2215 @item x
2216 Any D, P, B, M, I or L register.
2217
2218 @item y
2219 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2220 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2221
2222 @item w
2223 Any register except accumulators or CC.
2224
2225 @item Ksh
2226 Signed 16 bit integer (in the range -32768 to 32767)
2227
2228 @item Kuh
2229 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2230
2231 @item Ks7
2232 Signed 7 bit integer (in the range -64 to 63)
2233
2234 @item Ku7
2235 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2236
2237 @item Ku5
2238 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2239
2240 @item Ks4
2241 Signed 4 bit integer (in the range -8 to 7)
2242
2243 @item Ks3
2244 Signed 3 bit integer (in the range -3 to 4)
2245
2246 @item Ku3
2247 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2248
2249 @item P@var{n}
2250 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2251
2252 @item M1
2253 Constant 255.
2254
2255 @item M2
2256 Constant 65535.
2257
2258 @item J
2259 An integer constant with exactly a single bit set.
2260
2261 @item L
2262 An integer constant with all bits set except exactly one.
2263
2264 @item H
2265
2266 @item Q
2267 Any SYMBOL_REF.
2268 @end table
2269
2270 @item M32C---@file{config/m32c/m32c.c}
2271 @table @code
2272 @item Rsp
2273 @itemx Rfb
2274 @itemx Rsb
2275 @samp{$sp}, @samp{$fb}, @samp{$sb}.
2276
2277 @item Rcr
2278 Any control register, when they're 16 bits wide (nothing if control
2279 registers are 24 bits wide)
2280
2281 @item Rcl
2282 Any control register, when they're 24 bits wide.
2283
2284 @item R0w
2285 @itemx R1w
2286 @itemx R2w
2287 @itemx R3w
2288 $r0, $r1, $r2, $r3.
2289
2290 @item R02
2291 $r0 or $r2, or $r2r0 for 32 bit values.
2292
2293 @item R13
2294 $r1 or $r3, or $r3r1 for 32 bit values.
2295
2296 @item Rdi
2297 A register that can hold a 64 bit value.
2298
2299 @item Rhl
2300 $r0 or $r1 (registers with addressable high/low bytes)
2301
2302 @item R23
2303 $r2 or $r3
2304
2305 @item Raa
2306 Address registers
2307
2308 @item Raw
2309 Address registers when they're 16 bits wide.
2310
2311 @item Ral
2312 Address registers when they're 24 bits wide.
2313
2314 @item Rqi
2315 Registers that can hold QI values.
2316
2317 @item Rad
2318 Registers that can be used with displacements ($a0, $a1, $sb).
2319
2320 @item Rsi
2321 Registers that can hold 32 bit values.
2322
2323 @item Rhi
2324 Registers that can hold 16 bit values.
2325
2326 @item Rhc
2327 Registers chat can hold 16 bit values, including all control
2328 registers.
2329
2330 @item Rra
2331 $r0 through R1, plus $a0 and $a1.
2332
2333 @item Rfl
2334 The flags register.
2335
2336 @item Rmm
2337 The memory-based pseudo-registers $mem0 through $mem15.
2338
2339 @item Rpi
2340 Registers that can hold pointers (16 bit registers for r8c, m16c; 24
2341 bit registers for m32cm, m32c).
2342
2343 @item Rpa
2344 Matches multiple registers in a PARALLEL to form a larger register.
2345 Used to match function return values.
2346
2347 @item Is3
2348 -8 @dots{} 7
2349
2350 @item IS1
2351 -128 @dots{} 127
2352
2353 @item IS2
2354 -32768 @dots{} 32767
2355
2356 @item IU2
2357 0 @dots{} 65535
2358
2359 @item In4
2360 -8 @dots{} -1 or 1 @dots{} 8
2361
2362 @item In5
2363 -16 @dots{} -1 or 1 @dots{} 16
2364
2365 @item In6
2366 -32 @dots{} -1 or 1 @dots{} 32
2367
2368 @item IM2
2369 -65536 @dots{} -1
2370
2371 @item Ilb
2372 An 8 bit value with exactly one bit set.
2373
2374 @item Ilw
2375 A 16 bit value with exactly one bit set.
2376
2377 @item Sd
2378 The common src/dest memory addressing modes.
2379
2380 @item Sa
2381 Memory addressed using $a0 or $a1.
2382
2383 @item Si
2384 Memory addressed with immediate addresses.
2385
2386 @item Ss
2387 Memory addressed using the stack pointer ($sp).
2388
2389 @item Sf
2390 Memory addressed using the frame base register ($fb).
2391
2392 @item Ss
2393 Memory addressed using the small base register ($sb).
2394
2395 @item S1
2396 $r1h
2397 @end table
2398
2399 @item MIPS---@file{config/mips/constraints.md}
2400 @table @code
2401 @item d
2402 An address register.  This is equivalent to @code{r} unless
2403 generating MIPS16 code.
2404
2405 @item f
2406 A floating-point register (if available).
2407
2408 @item h
2409 The @code{hi} register.
2410
2411 @item l
2412 The @code{lo} register.
2413
2414 @item x
2415 The @code{hi} and @code{lo} registers.
2416
2417 @item c
2418 A register suitable for use in an indirect jump.  This will always be
2419 @code{$25} for @option{-mabicalls}.
2420
2421 @item y
2422 Equivalent to @code{r}; retained for backwards compatibility.
2423
2424 @item z
2425 A floating-point condition code register.
2426
2427 @item I
2428 A signed 16-bit constant (for arithmetic instructions).
2429
2430 @item J
2431 Integer zero.
2432
2433 @item K
2434 An unsigned 16-bit constant (for logic instructions).
2435
2436 @item L
2437 A signed 32-bit constant in which the lower 16 bits are zero.
2438 Such constants can be loaded using @code{lui}.
2439
2440 @item M
2441 A constant that cannot be loaded using @code{lui}, @code{addiu}
2442 or @code{ori}.
2443
2444 @item N
2445 A constant in the range -65535 to -1 (inclusive).
2446
2447 @item O
2448 A signed 15-bit constant.
2449
2450 @item P
2451 A constant in the range 1 to 65535 (inclusive).
2452
2453 @item G
2454 Floating-point zero.
2455
2456 @item R
2457 An address that can be used in a non-macro load or store.
2458 @end table
2459
2460 @item Motorola 680x0---@file{config/m68k/m68k.h}
2461 @table @code
2462 @item a
2463 Address register
2464
2465 @item d
2466 Data register
2467
2468 @item f
2469 68881 floating-point register, if available
2470
2471 @item I
2472 Integer in the range 1 to 8
2473
2474 @item J
2475 16-bit signed number
2476
2477 @item K
2478 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2479
2480 @item L
2481 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2482
2483 @item M
2484 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2485
2486 @item G
2487 Floating point constant that is not a 68881 constant
2488 @end table
2489
2490 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{config/m68hc11/m68hc11.h}
2491 @table @code
2492 @item a
2493 Register `a'
2494
2495 @item b
2496 Register `b'
2497
2498 @item d
2499 Register `d'
2500
2501 @item q
2502 An 8-bit register
2503
2504 @item t
2505 Temporary soft register _.tmp
2506
2507 @item u
2508 A soft register _.d1 to _.d31
2509
2510 @item w
2511 Stack pointer register
2512
2513 @item x
2514 Register `x'
2515
2516 @item y
2517 Register `y'
2518
2519 @item z
2520 Pseudo register `z' (replaced by `x' or `y' at the end)
2521
2522 @item A
2523 An address register: x, y or z
2524
2525 @item B
2526 An address register: x or y
2527
2528 @item D
2529 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
2530
2531 @item L
2532 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
2533
2534 @item M
2535 Constants whose 16-bit low part is zero
2536
2537 @item N
2538 Constant integer 1 or @minus{}1
2539
2540 @item O
2541 Constant integer 16
2542
2543 @item P
2544 Constants in the range @minus{}8 to 2
2545
2546 @end table
2547
2548 @need 1000
2549 @item SPARC---@file{config/sparc/sparc.h}
2550 @table @code
2551 @item f
2552 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
2553 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
2554
2555 @item e
2556 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
2557 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
2558 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
2559
2560 @item c
2561 Floating-point condition code register.
2562
2563 @item d
2564 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
2565 architecture when the Visual Instruction Set is available.
2566
2567 @item b
2568 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
2569 when the Visual Instruction Set is available.
2570
2571 @item h
2572 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
2573
2574 @item I
2575 Signed 13-bit constant
2576
2577 @item J
2578 Zero
2579
2580 @item K
2581 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2582 loaded with the @code{sethi} instruction)
2583
2584 @item L
2585 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2586
2587 @item M
2588 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2589
2590 @item N
2591 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2592 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2593 modes wider than @code{SImode}
2594
2595 @item O
2596 The constant 4096
2597
2598 @item G
2599 Floating-point zero
2600
2601 @item H
2602 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2603
2604 @item Q
2605 Floating-point constant whose integral representation can
2606 be moved into an integer register using a single sethi
2607 instruction
2608
2609 @item R
2610 Floating-point constant whose integral representation can
2611 be moved into an integer register using a single mov
2612 instruction
2613
2614 @item S
2615 Floating-point constant whose integral representation can
2616 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2617 instruction sequence
2618
2619 @item T
2620 Memory address aligned to an 8-byte boundary
2621
2622 @item U
2623 Even register
2624
2625 @item W
2626 Memory address for @samp{e} constraint registers
2627
2628 @item Y
2629 Vector zero
2630
2631 @end table
2632
2633 @item SPU---@file{config/spu/spu.h}
2634 @table @code
2635 @item a
2636 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.  
2637
2638 @item c
2639 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.  
2640
2641 @item d
2642 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 64 bit value.  
2643
2644 @item f
2645 An immediate which can be loaded with @code{fsmbi}.  
2646
2647 @item A
2648 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2649
2650 @item B
2651 An immediate for most arithmetic instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2652
2653 @item C
2654 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2655
2656 @item D
2657 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2658
2659 @item I
2660 A constant in the range [-64, 63] for shift/rotate instructions.  
2661
2662 @item J
2663 An unsigned 7-bit constant for conversion/nop/channel instructions.  
2664
2665 @item K
2666 A signed 10-bit constant for most arithmetic instructions.  
2667
2668 @item M
2669 A signed 16 bit immediate for @code{stop}.  
2670
2671 @item N
2672 An unsigned 16-bit constant for @code{iohl} and @code{fsmbi}.  
2673
2674 @item O
2675 An unsigned 7-bit constant whose 3 least significant bits are 0.  
2676
2677 @item P
2678 An unsigned 3-bit constant for 16-byte rotates and shifts 
2679
2680 @item R
2681 Call operand, reg, for indirect calls 
2682
2683 @item S
2684 Call operand, symbol, for relative calls.  
2685
2686 @item T
2687 Call operand, const_int, for absolute calls.  
2688
2689 @item U
2690 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is sign extended to 128 bit.  
2691
2692 @item W
2693 An immediate for shift and rotate instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2694
2695 @item Y
2696 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is sign extended as a 128 bit.  
2697
2698 @item Z
2699 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is sign extended to 128 bit.  
2700
2701 @end table
2702
2703 @item TMS320C3x/C4x---@file{config/c4x/c4x.h}
2704 @table @code
2705 @item a
2706 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
2707
2708 @item b
2709 Stack pointer register (sp)
2710
2711 @item c
2712 Standard (32-bit) precision integer register
2713
2714 @item f
2715 Extended (40-bit) precision register (r0-r11)
2716
2717 @item k
2718 Block count register (bk)
2719
2720 @item q
2721 Extended (40-bit) precision low register (r0-r7)
2722
2723 @item t
2724 Extended (40-bit) precision register (r0-r1)
2725
2726 @item u
2727 Extended (40-bit) precision register (r2-r3)
2728
2729 @item v
2730 Repeat count register (rc)
2731
2732 @item x
2733 Index register (ir0-ir1)
2734
2735 @item y
2736 Status (condition code) register (st)
2737
2738 @item z
2739 Data page register (dp)
2740
2741 @item G
2742 Floating-point zero
2743
2744 @item H
2745 Immediate 16-bit floating-point constant
2746
2747 @item I
2748 Signed 16-bit constant
2749
2750 @item J
2751 Signed 8-bit constant
2752
2753 @item K
2754 Signed 5-bit constant
2755
2756 @item L
2757 Unsigned 16-bit constant
2758
2759 @item M
2760 Unsigned 8-bit constant
2761
2762 @item N
2763 Ones complement of unsigned 16-bit constant
2764
2765 @item O
2766 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero)
2767
2768 @item Q
2769 Indirect memory reference with signed 8-bit or index register displacement
2770
2771 @item R
2772 Indirect memory reference with unsigned 5-bit displacement
2773
2774 @item S
2775 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement
2776
2777 @item T
2778 Direct memory reference
2779
2780 @item U
2781 Symbolic address
2782
2783 @end table
2784
2785 @item S/390 and zSeries---@file{config/s390/s390.h}
2786 @table @code
2787 @item a
2788 Address register (general purpose register except r0)
2789
2790 @item c
2791 Condition code register
2792
2793 @item d
2794 Data register (arbitrary general purpose register)
2795
2796 @item f
2797 Floating-point register
2798
2799 @item I
2800 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2801
2802 @item J
2803 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2804
2805 @item K
2806 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2807
2808 @item L
2809 Value appropriate as displacement.
2810 @table @code
2811        @item (0..4095)
2812        for short displacement
2813        @item (-524288..524287)
2814        for long displacement
2815 @end table
2816
2817 @item M
2818 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
2819
2820 @item N
2821 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
2822 @table @code
2823          @item 0..9:
2824          number of the part counting from most to least significant
2825          @item H,Q:
2826          mode of the part
2827          @item D,S,H:
2828          mode of the containing operand
2829          @item 0,F:
2830          value of the other parts (F---all bits set)
2831 @end table
2832 The constraint matches if the specified part of a constant
2833 has a value different from it's other parts.
2834
2835 @item Q
2836 Memory reference without index register and with short displacement.
2837
2838 @item R
2839 Memory reference with index register and short displacement.
2840
2841 @item S
2842 Memory reference without index register but with long displacement.
2843
2844 @item T
2845 Memory reference with index register and long displacement.
2846
2847 @item U
2848 Pointer with short displacement.
2849
2850 @item W
2851 Pointer with long displacement.
2852
2853 @item Y
2854 Shift count operand.
2855
2856 @end table
2857
2858 @item Score family---@file{config/score/score.h}
2859 @table @code
2860 @item d
2861 Registers from r0 to r32.
2862
2863 @item e
2864 Registers from r0 to r16.
2865
2866 @item t
2867 r8---r11 or r22---r27 registers.
2868
2869 @item h
2870 hi register.
2871
2872 @item l
2873 lo register.
2874
2875 @item x
2876 hi + lo register.
2877
2878 @item q
2879 cnt register.
2880
2881 @item y
2882 lcb register.
2883
2884 @item z
2885 scb register.
2886
2887 @item a
2888 cnt + lcb + scb register.
2889
2890 @item c
2891 cr0---cr15 register.
2892
2893 @item b
2894 cp1 registers.
2895
2896 @item f
2897 cp2 registers.
2898
2899 @item i
2900 cp3 registers.
2901
2902 @item j
2903 cp1 + cp2 + cp3 registers.
2904
2905 @item I
2906 Unsigned 15 bit integer (in the range 0 to 32767).
2907
2908 @item J
2909 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31).
2910
2911 @item K
2912 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535).
2913
2914 @item L
2915 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767).
2916
2917 @item M
2918 Unsigned 14 bit integer (in the range 0 to 16383).
2919
2920 @item N
2921 Signed 14 bit integer (in the range @minus{}8192 to 8191).
2922
2923 @item O
2924 Signed 15 bit integer (in the range @minus{}16384 to 16383).
2925
2926 @item P
2927 Signed 12 bit integer (in the range @minus{}2048 to 2047).
2928
2929 @item J
2930 An integer constant with exactly a single bit set.
2931
2932 @item Q
2933 An integer constant.
2934
2935 @item Z
2936 Any SYMBOL_REF.
2937 @end table
2938
2939 @item Xstormy16---@file{config/stormy16/stormy16.h}
2940 @table @code
2941 @item a
2942 Register r0.
2943
2944 @item b
2945 Register r1.
2946
2947 @item c
2948 Register r2.
2949
2950 @item d
2951 Register r8.
2952
2953 @item e
2954 Registers r0 through r7.
2955
2956 @item t
2957 Registers r0 and r1.
2958
2959 @item y
2960 The carry register.
2961
2962 @item z
2963 Registers r8 and r9.
2964
2965 @item I
2966 A constant between 0 and 3 inclusive.
2967
2968 @item J
2969 A constant that has exactly one bit set.
2970
2971 @item K
2972 A constant that has exactly one bit clear.
2973
2974 @item L
2975 A constant between 0 and 255 inclusive.
2976
2977 @item M
2978 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
2979
2980 @item N
2981 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
2982
2983 @item O
2984 A constant between 1 and 4 inclusive.
2985
2986 @item P
2987 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
2988
2989 @item Q
2990 A memory reference that is a stack push.
2991
2992 @item R
2993 A memory reference that is a stack pop.
2994
2995 @item S
2996 A memory reference that refers to a constant address of known value.
2997
2998 @item T
2999 The register indicated by Rx (not implemented yet).
3000
3001 @item U
3002 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
3003
3004 @item Z
3005 The constant 0.
3006
3007 @end table
3008
3009 @item Xtensa---@file{config/xtensa/constraints.md}
3010 @table @code
3011 @item a
3012 General-purpose 32-bit register
3013
3014 @item b
3015 One-bit boolean register
3016
3017 @item A
3018 MAC16 40-bit accumulator register
3019
3020 @item I
3021 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
3022
3023 @item J
3024 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
3025
3026 @item K
3027 Integer constant valid for BccI instructions
3028
3029 @item L
3030 Unsigned constant valid for BccUI instructions
3031
3032 @end table
3033
3034 @end table
3035
3036 @ifset INTERNALS
3037 @node Define Constraints
3038 @subsection Defining Machine-Specific Constraints
3039 @cindex defining constraints
3040 @cindex constraints, defining
3041
3042 Machine-specific constraints fall into two categories: register and
3043 non-register constraints.  Within the latter category, constraints
3044 which allow subsets of all possible memory or address operands should
3045 be specially marked, to give @code{reload} more information.
3046
3047 Machine-specific constraints can be given names of arbitrary length,
3048 but they must be entirely composed of letters, digits, underscores
3049 (@samp{_}), and angle brackets (@samp{< >}).  Like C identifiers, they
3050 must begin with a letter or underscore. 
3051
3052 In order to avoid ambiguity in operand constraint strings, no
3053 constraint can have a name that begins with any other constraint's
3054 name.  For example, if @code{x} is defined as a constraint name,
3055 @code{xy} may not be, and vice versa.  As a consequence of this rule,
3056 no constraint may begin with one of the generic constraint letters:
3057 @samp{E F V X g i m n o p r s}.
3058
3059 Register constraints correspond directly to register classes.
3060 @xref{Register Classes}.  There is thus not much flexibility in their
3061 definitions.
3062
3063 @deffn {MD Expression} define_register_constraint name regclass docstring
3064 All three arguments are string constants.
3065 @var{name} is the name of the constraint, as it will appear in
3066 @code{match_operand} expressions.  @var{regclass} can be either the
3067 name of the corresponding register class (@pxref{Register Classes}),
3068 or a C expression which evaluates to the appropriate register class.
3069 If it is an expression, it must have no side effects, and it cannot
3070 look at the operand.  The usual use of expressions is to map some
3071 register constraints to @code{NO_REGS} when the register class
3072 is not available on a given subarchitecture.
3073
3074 @var{docstring} is a sentence documenting the meaning of the
3075 constraint.  Docstrings are explained further below.
3076 @end deffn
3077
3078 Non-register constraints are more like predicates: the constraint
3079 definition gives a Boolean expression which indicates whether the
3080 constraint matches.
3081
3082 @deffn {MD Expression} define_constraint name docstring exp
3083 The @var{name} and @var{docstring} arguments are the same as for
3084 @code{define_register_constraint}, but note that the docstring comes
3085 immediately after the name for these expressions.  @var{exp} is an RTL
3086 expression, obeying the same rules as the RTL expressions in predicate
3087 definitions.  @xref{Defining Predicates}, for details.  If it
3088 evaluates true, the constraint matches; if it evaluates false, it
3089 doesn't. Constraint expressions should indicate which RTL codes they
3090 might match, just like predicate expressions.
3091
3092 @code{match_test} C expressions have access to the
3093 following variables:
3094
3095 @table @var
3096 @item op
3097 The RTL object defining the operand.
3098 @item mode
3099 The machine mode of @var{op}.
3100 @item ival
3101 @samp{INTVAL (@var{op})}, if @var{op} is a @code{const_int}.
3102 @item hval
3103 @samp{CONST_DOUBLE_HIGH (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3104 @code{const_double}.
3105 @item lval
3106 @samp{CONST_DOUBLE_LOW (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3107 @code{const_double}.
3108 @item rval
3109 @samp{CONST_DOUBLE_REAL_VALUE (@var{op})}, if @var{op} is a floating-point
3110 @code{const_double}.
3111 @end table
3112
3113 The @var{*val} variables should only be used once another piece of the
3114 expression has verified that @var{op} is the appropriate kind of RTL
3115 object.
3116 @end deffn
3117
3118 Most non-register constraints should be defined with
3119 @code{define_constraint}.  The remaining two definition expressions
3120 are only appropriate for constraints that should be handled specially
3121 by @code{reload} if they fail to match.
3122
3123 @deffn {MD Expression} define_memory_constraint name docstring exp
3124 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
3125 operands: that is, @code{reload} can make them match by converting the
3126 operand to the form @samp{@w{(mem (reg @var{X}))}}, where @var{X} is a
3127 base register (from the register class specified by
3128 @code{BASE_REG_CLASS}, @pxref{Register Classes}).
3129
3130 For example, on the S/390, some instructions do not accept arbitrary
3131 memory references, but only those that do not make use of an index
3132 register.  The constraint letter @samp{Q} is defined to represent a
3133 memory address of this type.  If @samp{Q} is defined with
3134 @code{define_memory_constraint}, a @samp{Q} constraint can handle any
3135 memory operand, because @code{reload} knows it can simply copy the
3136 memory address into a base register if required.  This is analogous to
3137 the way a @samp{o} constraint can handle any memory operand.
3138
3139 The syntax and semantics are otherwise identical to
3140 @code{define_constraint}.
3141 @end deffn
3142
3143 @deffn {MD Expression} define_address_constraint name docstring exp
3144 Use this expression for constraints that match a subset of all address
3145 operands: that is, @code{reload} can make the constraint match by
3146 converting the operand to the form @samp{@w{(reg @var{X})}}, again
3147 with @var{X} a base register.
3148
3149 Constraints defined with @code{define_address_constraint} can only be
3150 used with the @code{address_operand} predicate, or machine-specific
3151 predicates that work the same way.  They are treated analogously to
3152 the generic @samp{p} constraint.
3153
3154 The syntax and semantics are otherwise identical to
3155 @code{define_constraint}.
3156 @end deffn
3157
3158 For historical reasons, names beginning with the letters @samp{G H}
3159 are reserved for constraints that match only @code{const_double}s, and
3160 names beginning with the letters @samp{I J K L M N O P} are reserved
3161 for constraints that match only @code{const_int}s.  This may change in
3162 the future.  For the time being, constraints with these names must be
3163 written in a stylized form, so that @code{genpreds} can tell you did
3164 it correctly:
3165
3166 @smallexample
3167 @group
3168 (define_constraint "[@var{GHIJKLMNOP}]@dots{}"
3169   "@var{doc}@dots{}"
3170   (and (match_code "const_int")  ; @r{@code{const_double} for G/H}
3171        @var{condition}@dots{}))            ; @r{usually a @code{match_test}}
3172 @end group
3173 @end smallexample
3174 @c the semicolons line up in the formatted manual
3175
3176 It is fine to use names beginning with other letters for constraints
3177 that match @code{const_double}s or @code{const_int}s.
3178
3179 Each docstring in a constraint definition should be one or more complete
3180 sentences, marked up in Texinfo format.  @emph{They are currently unused.}
3181 In the future they will be copied into the GCC manual, in @ref{Machine
3182 Constraints}, replacing the hand-maintained tables currently found in
3183 that section.  Also, in the future the compiler may use this to give
3184 more helpful diagnostics when poor choice of @code{asm} constraints
3185 causes a reload failure.
3186
3187 If you put the pseudo-Texinfo directive @samp{@@internal} at the
3188 beginning of a docstring, then (in the future) it will appear only in
3189 the internals manual's version of the machine-specific constraint tables.
3190 Use this for constraints that should not appear in @code{asm} statements.
3191
3192 @node C Constraint Interface
3193 @subsection Testing constraints from C
3194 @cindex testing constraints
3195 @cindex constraints, testing
3196
3197 It is occasionally useful to test a constraint from C code rather than
3198 implicitly via the constraint string in a @code{match_operand}.  The
3199 generated file @file{tm_p.h} declares a few interfaces for working
3200 with machine-specific constraints.  None of these interfaces work with
3201 the generic constraints described in @ref{Simple Constraints}.  This
3202 may change in the future.
3203
3204 @strong{Warning:} @file{tm_p.h} may declare other functions that
3205 operate on constraints, besides the ones documented here.  Do not use
3206 those functions from machine-dependent code.  They exist to implement
3207 the old constraint interface that machine-independent components of
3208 the compiler still expect.  They will change or disappear in the
3209 future.
3210
3211 Some valid constraint names are not valid C identifiers, so there is a
3212 mangling scheme for referring to them from C@.  Constraint names that
3213 do not contain angle brackets or underscores are left unchanged.
3214 Underscores are doubled, each @samp{<} is replaced with @samp{_l}, and
3215 each @samp{>} with @samp{_g}.  Here are some examples:
3216
3217 @c the @c's prevent double blank lines in the printed manual.
3218 @example
3219 @multitable {Original} {Mangled}
3220 @item @strong{Original} @tab @strong{Mangled}  @c
3221 @item @code{x}     @tab @code{x}       @c
3222 @item @code{P42x}  @tab @code{P42x}    @c
3223 @item @code{P4_x}  @tab @code{P4__x}   @c
3224 @item @code{P4>x}  @tab @code{P4_gx}   @c
3225 @item @code{P4>>}  @tab @code{P4_g_g}  @c
3226 @item @code{P4_g>} @tab @code{P4__g_g} @c
3227 @end multitable
3228 @end example
3229
3230 Throughout this section, the variable @var{c} is either a constraint
3231 in the abstract sense, or a constant from @code{enum constraint_num};
3232 the variable @var{m} is a mangled constraint name (usually as part of
3233 a larger identifier).
3234
3235 @deftp Enum constraint_num
3236 For each machine-specific constraint, there is a corresponding
3237 enumeration constant: @samp{CONSTRAINT_} plus the mangled name of the
3238 constraint.  Functions that take an @code{enum constraint_num} as an
3239 argument expect one of these constants.
3240
3241 Machine-independent constraints do not have associated constants.
3242 This may change in the future.
3243 @end deftp
3244
3245 @deftypefun {inline bool} satisfies_constraint_@var{m} (rtx @var{exp})
3246 For each machine-specific, non-register constraint @var{m}, there is
3247 one of these functions; it returns @code{true} if @var{exp} satisfies the
3248 constraint.  These functions are only visible if @file{rtl.h} was included
3249 before @file{tm_p.h}.
3250 @end deftypefun
3251
3252 @deftypefun bool constraint_satisfied_p (rtx @var{exp}, enum constraint_num @var{c})
3253 Like the @code{satisfies_constraint_@var{m}} functions, but the
3254 constraint to test is given as an argument, @var{c}.  If @var{c}
3255 specifies a register constraint, this function will always return
3256 @code{false}.
3257 @end deftypefun
3258
3259 @deftypefun {enum reg_class} regclass_for_constraint (enum constraint_num @var{c})
3260 Returns the register class associated with @var{c}.  If @var{c} is not
3261 a register constraint, or those registers are not available for the
3262 currently selected subtarget, returns @code{NO_REGS}.
3263 @end deftypefun
3264
3265 Here is an example use of @code{satisfies_constraint_@var{m}}.  In
3266 peephole optimizations (@pxref{Peephole Definitions}), operand
3267 constraint strings are ignored, so if there are relevant constraints,
3268 they must be tested in the C condition.  In the example, the
3269 optimization is applied if operand 2 does @emph{not} satisfy the
3270 @samp{K} constraint.  (This is a simplified version of a peephole
3271 definition from the i386 machine description.)
3272
3273 @smallexample
3274 (define_peephole2
3275   [(match_scratch:SI 3 "r")
3276    (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3277         (mult:SI (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")
3278                  (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "")))]
3279
3280   "!satisfies_constraint_K (operands[2])"
3281
3282   [(set (match_dup 3) (match_dup 1))
3283    (set (match_dup 0) (mult:SI (match_dup 3) (match_dup 2)))]
3284
3285   "")
3286 @end smallexample
3287
3288 @node Standard Names
3289 @section Standard Pattern Names For Generation
3290 @cindex standard pattern names
3291 @cindex pattern names
3292 @cindex names, pattern
3293
3294 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
3295 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
3296 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
3297 pattern to accomplish a certain task.
3298
3299 @table @asis
3300 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
3301 @item @samp{mov@var{m}}
3302 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
3303 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
3304 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
3305
3306 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
3307 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
3308 to store the specified value in the part of the register that corresponds
3309 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
3310 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
3311 outside the target word are left unchanged.
3312
3313 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
3314 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
3315 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
3316 If there are patterns accepting operands in larger modes,
3317 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
3318
3319 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
3320 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
3321 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
3322 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
3323 into a register.
3324
3325 @findex force_reg
3326 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
3327 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
3328 registers other than the operands.  For example, if you support the
3329 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
3330 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
3331 function which might generate new pseudo registers.
3332
3333 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
3334 fetching those modes from memory normally requires several insns and
3335 some temporary registers.
3336
3337 @findex change_address
3338 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
3339 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
3340 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
3341 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
3342 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
3343 an address into a valid address and no routine (such as
3344 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
3345 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
3346
3347 @findex reload_in_progress
3348 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
3349 declared if required) can be used to determine whether such special
3350 handling is required.
3351
3352 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
3353 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
3354 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
3355 machines explicit memory references will get optional reloads.
3356
3357 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
3358 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
3359
3360 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
3361 you must provide an appropriate secondary_reload target hook.
3362
3363 @findex no_new_pseudos
3364 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
3365 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
3366 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
3367
3368 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
3369 register to any other hard register provided that
3370 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
3371 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
3372
3373 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
3374 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
3375 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
3376 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
3377 point members.
3378
3379 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
3380 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
3381 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
3382 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
3383 floating point registers, then the constraints of the fixed point
3384 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
3385 reload into a floating point register.
3386
3387 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
3388 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
3389 @item @samp{reload_in@var{m}}
3390 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
3391 These named patterns have been obsoleted by the target hook
3392 @code{secondary_reload}.
3393
3394 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
3395 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
3396 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
3397 macro in @pxref{Register Classes}.
3398
3399 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
3400 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
3401 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
3402 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
3403 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
3404 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
3405 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
3406 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
3407 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
3408 for these patterns.
3409
3410 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
3411 @item @samp{movstrict@var{m}}
3412 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
3413 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
3414 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
3415 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
3416
3417 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
3418 @item @samp{movmisalign@var{m}}
3419 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
3420 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
3421 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
3422 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
3423 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
3424
3425 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
3426 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
3427
3428 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
3429 @item @samp{load_multiple}
3430 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
3431 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
3432 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
3433 number of consecutive registers.
3434
3435 Define this only if the target machine really has such an instruction;
3436 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
3437 registers from memory is to do them one at a time.
3438
3439 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
3440 registers can be stored into memory, such as particular starting or
3441 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
3442 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3443 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
3444
3445 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
3446 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
3447 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
3448 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
3449 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
3450
3451 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
3452 @item @samp{store_multiple}
3453 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
3454 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
3455 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
3456 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
3457
3458 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
3459 @item @samp{vec_set@var{m}}
3460 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
3461 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
3462
3463 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
3464 @item @samp{vec_extract@var{m}}
3465 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
3466 specify field index and operand 0 place to store value into.
3467
3468 @cindex @code{vec_extract_even@var{m}} instruction pattern
3469 @item @samp{vec_extract_even@var{m}}
3470 Extract even elements from the input vectors (operand 1 and operand 2). 
3471 The even elements of operand 2 are concatenated to the even elements of operand
3472 1 in their original order. The result is stored in operand 0. 
3473 The output and input vectors should have the same modes. 
3474
3475 @cindex @code{vec_extract_odd@var{m}} instruction pattern
3476 @item @samp{vec_extract_odd@var{m}}
3477 Extract odd elements from the input vectors (operand 1 and operand 2). 
3478 The odd elements of operand 2 are concatenated to the odd elements of operand 
3479 1 in their original order. The result is stored in operand 0.
3480 The output and input vectors should have the same modes.
3481
3482 @cindex @code{vec_interleave_high@var{m}} instruction pattern
3483 @item @samp{vec_interleave_high@var{m}}
3484 Merge high elements of the two input vectors into the output vector. The output
3485 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The high
3486 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the high
3487 @code{N/2} elements of the second input vector.
3488
3489 @cindex @code{vec_interleave_low@var{m}} instruction pattern
3490 @item @samp{vec_interleave_low@var{m}}
3491 Merge low elements of the two input vectors into the output vector. The output
3492 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The low
3493 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the low 
3494 @code{N/2} elements of the second input vector.
3495
3496 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
3497 @item @samp{vec_init@var{m}}
3498 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
3499 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
3500
3501 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
3502 @item @samp{push@var{m}1}
3503 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
3504 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
3505 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
3506 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
3507 method is deprecated.
3508
3509 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
3510 @item @samp{add@var{m}3}
3511 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
3512 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
3513 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
3514
3515 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
3516 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
3517 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
3518 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
3519 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
3520 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
3521 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
3522 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
3523 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
3524 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
3525 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
3526 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
3527 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}
3528 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
3529 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
3530 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
3531 Similar, for other arithmetic operations.
3532
3533 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
3534 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
3535 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
3536 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
3537 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
3538 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
3539
3540 @cindex @code{reduc_smin_@var{m}} instruction pattern
3541 @cindex @code{reduc_smax_@var{m}} instruction pattern
3542 @item @samp{reduc_smin_@var{m}}, @samp{reduc_smax_@var{m}}
3543 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3544 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3545 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3546 modes.
3547
3548 @cindex @code{reduc_umin_@var{m}} instruction pattern
3549 @cindex @code{reduc_umax_@var{m}} instruction pattern
3550 @item @samp{reduc_umin_@var{m}}, @samp{reduc_umax_@var{m}}
3551 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3552 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3553 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3554 modes.
3555
3556 @cindex @code{reduc_splus_@var{m}} instruction pattern
3557 @item @samp{reduc_splus_@var{m}}
3558 Compute the sum of the signed elements of a vector. The vector is operand 1,
3559 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3560 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3561
3562 @cindex @code{reduc_uplus_@var{m}} instruction pattern
3563 @item @samp{reduc_uplus_@var{m}}
3564 Compute the sum of the unsigned elements of a vector. The vector is operand 1,
3565 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3566 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3567
3568 @cindex @code{sdot_prod@var{m}} instruction pattern
3569 @item @samp{sdot_prod@var{m}}
3570 @cindex @code{udot_prod@var{m}} instruction pattern
3571 @item @samp{udot_prod@var{m}}
3572 Compute the sum of the products of two signed/unsigned elements. 
3573 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their product, which is of a 
3574 wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode equal or 
3575 wider than the mode of the product. The result is placed in operand 0, which
3576 is of the same mode as operand 3. 
3577
3578 @cindex @code{ssum_widen@var{m3}} instruction pattern
3579 @item @samp{ssum_widen@var{m3}}
3580 @cindex @code{usum_widen@var{m3}} instruction pattern
3581 @item @samp{usum_widen@var{m3}}
3582 Operands 0 and 2 are of the same mode, which is wider than the mode of 
3583 operand 1. Add operand 1 to operand 2 and place the widened result in
3584 operand 0. (This is used express accumulation of elements into an accumulator
3585 of a wider mode.)
3586
3587 @cindex @code{vec_shl_@var{m}} instruction pattern
3588 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
3589 @item @samp{vec_shl_@var{m}}, @samp{vec_shr_@var{m}}
3590 Whole vector left/right shift in bits.
3591 Operand 1 is a vector to be shifted.
3592 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
3593 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
3594 The output and input vectors should have the same modes.
3595
3596 @cindex @code{vec_pack_mod_@var{m}} instruction pattern
3597 @cindex @code{vec_pack_ssat_@var{m}} instruction pattern
3598 @cindex @code{vec_pack_usat_@var{m}} instruction pattern
3599 @item @samp{vec_pack_mod_@var{m}}, @samp{vec_pack_ssat_@var{m}}, @samp{vec_pack_usat_@var{m}}
3600 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors.
3601 Operands 1 and 2 are vectors of the same mode.
3602 Operand 0 is the resulting vector in which the elements of the two input
3603 vectors are concatenated after narrowing them down using modulo arithmetic or
3604 signed/unsigned saturating arithmetic.
3605
3606 @cindex @code{vec_unpacks_hi_@var{m}} instruction pattern
3607 @cindex @code{vec_unpacks_lo_@var{m}} instruction pattern
3608 @cindex @code{vec_unpacku_hi_@var{m}} instruction pattern
3609 @cindex @code{vec_unpacku_lo_@var{m}} instruction pattern
3610 @item @samp{vec_unpacks_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_lo_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_lo_@var{m}}
3611 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of signed/unsigned
3612 elements. The input vector (operand 1) has N signed/unsigned elements of size S. 
3613 Using sign/zero extension widen (promote) the high/low elements of the vector,
3614 and place the resulting N/2 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
3615
3616 @cindex @code{vec_widen_umult_hi_@var{m}} instruction pattern
3617 @cindex @code{vec_widen_umult_lo__@var{m}} instruction pattern
3618 @cindex @code{vec_widen_smult_hi_@var{m}} instruction pattern
3619 @cindex @code{vec_widen_smult_lo_@var{m}} instruction pattern
3620 @item @samp{vec_widen_umult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_lo_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_lo_@var{m}}
3621 Signed/Unsigned widening multiplication. 
3622 The two inputs (operands 1 and 2) are vectors with N 
3623 signed/unsigned elements of size S. Multiply the high/low elements of the two 
3624 vectors, and put the N/2 products of size 2*S in the output vector (operand 0). 
3625
3626 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
3627 @item @samp{mulhisi3}
3628 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
3629 a @code{SImode} product in operand 0.
3630
3631 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
3632 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
3633 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
3634 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
3635
3636 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
3637 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
3638 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
3639 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
3640 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
3641 multiplication.
3642
3643 @cindex @code{usmulqihi3} instruction pattern
3644 @cindex @code{usmulhisi3} instruction pattern
3645 @cindex @code{usmulsidi3} instruction pattern
3646 @item @samp{usmulqihi3}, @samp{usmulhisi3}, @samp{usmulsidi3}
3647 Similar widening-multiplication instructions that interpret the first
3648 operand as unsigned and the second operand as signed, then do a signed
3649 multiplication.
3650
3651 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
3652 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
3653 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
3654 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
3655 The least significant half of the product is discarded.
3656
3657 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
3658 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
3659 Similar, but the multiplication is unsigned.
3660
3661 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
3662 @item @samp{divmod@var{m}4}
3663 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
3664 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
3665 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
3666
3667 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
3668 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
3669 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
3670 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
3671 and remainder are computed.
3672
3673 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
3674 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
3675 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
3676 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
3677 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
3678
3679 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
3680 @item @samp{udivmod@var{m}4}
3681 Similar, but does unsigned division.
3682
3683 @anchor{shift patterns}
3684 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
3685 @item @samp{ashl@var{m}3}
3686 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
3687 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
3688 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
3689 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
3690 mode before generating the instruction.  The meaning of out-of-range shift
3691 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
3692 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
3693
3694 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
3695 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
3696 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
3697 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
3698 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
3699 Other shift and rotate instructions, analogous to the
3700 @code{ashl@var{m}3} instructions.
3701
3702 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
3703 @item @samp{neg@var{m}2}
3704 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
3705
3706 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
3707 @item @samp{abs@var{m}2}
3708 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
3709
3710 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
3711 @item @samp{sqrt@var{m}2}
3712 Store the square root of operand 1 into operand 0.
3713
3714 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
3715 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
3716 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3717 type @code{float}.
3718
3719 @cindex @code{fmod@var{m}3} instruction pattern
3720 @item @samp{fmod@var{m}3}
3721 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
3722 operand 0, rounded towards zero to an integer.
3723
3724 The @code{fmod} built-in function of C always uses the mode which
3725 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{fmodf}
3726 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3727 type @code{float}.
3728
3729 @cindex @code{remainder@var{m}3} instruction pattern
3730 @item @samp{remainder@var{m}3}
3731 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
3732 operand 0, rounded to the nearest integer.
3733
3734 The @code{remainder} built-in function of C always uses the mode
3735 which corresponds to the C data type @code{double} and the
3736 @code{remainderf} built-in function uses the mode which corresponds
3737 to the C data type @code{float}.
3738
3739 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
3740 @item @samp{cos@var{m}2}
3741 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
3742
3743 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
3744 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
3745 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3746 type @code{float}.
3747
3748 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
3749 @item @samp{sin@var{m}2}
3750 Store the sine of operand 1 into operand 0.
3751
3752 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
3753 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
3754 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3755 type @code{float}.
3756
3757 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
3758 @item @samp{exp@var{m}2}
3759 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
3760
3761 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
3762 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
3763 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3764 type @code{float}.
3765
3766 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
3767 @item @samp{log@var{m}2}
3768 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
3769
3770 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
3771 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
3772 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3773 type @code{float}.
3774
3775 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
3776 @item @samp{pow@var{m}3}
3777 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
3778 into operand 0.
3779
3780 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
3781 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
3782 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3783 type @code{float}.
3784
3785 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
3786 @item @samp{atan2@var{m}3}
3787 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
3788 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
3789 determine the quadrant of the result.
3790
3791 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
3792 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
3793 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3794 type @code{float}.
3795
3796 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
3797 @item @samp{floor@var{m}2}
3798 Store the largest integral value not greater than argument.
3799
3800 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
3801 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
3802 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3803 type @code{float}.
3804
3805 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
3806 @item @samp{btrunc@var{m}2}
3807 Store the argument rounded to integer towards zero.
3808
3809 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
3810 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
3811 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3812 type @code{float}.
3813
3814 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
3815 @item @samp{round@var{m}2}
3816 Store the argument rounded to integer away from zero.
3817
3818 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
3819 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
3820 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3821 type @code{float}.
3822
3823 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
3824 @item @samp{ceil@var{m}2}
3825 Store the argument rounded to integer away from zero.
3826
3827 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
3828 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
3829 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3830 type @code{float}.
3831
3832 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
3833 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
3834 Store the argument rounded according to the default rounding mode
3835
3836 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
3837 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
3838 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3839 type @code{float}.
3840
3841 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
3842 @item @samp{rint@var{m}2}
3843 Store the argument rounded according to the default rounding mode and
3844 raise the inexact exception when the result differs in value from
3845 the argument
3846
3847 The @code{rint} built-in function of C always uses the mode which
3848 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{rintf}
3849 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3850 type @code{float}.
3851
3852 @cindex @code{lrint@var{m}@var{n}2}
3853 @item @samp{lrint@var{m}@var{n}2}
3854 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3855 point mode @var{n} as a signed number according to the current
3856 rounding mode and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
3857
3858 @cindex @code{lround@var{m}@var{n}2}
3859 @item @samp{lround@var{m}2}
3860 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3861 point mode @var{n} as a signed number rounding to nearest and away
3862 from zero and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
3863
3864 @cindex @code{lfloor@var{m}@var{n}2}
3865 @item @samp{lfloor@var{m}2}
3866 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3867 point mode @var{n} as a signed number rounding down and store in
3868 operand 0 (which has mode @var{n}).
3869
3870 @cindex @code{lceil@var{m}@var{n}2}
3871 @item @samp{lceil@var{m}2}
3872 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3873 point mode @var{n} as a signed number rounding up and store in
3874 operand 0 (which has mode @var{n}).
3875
3876 @cindex @code{copysign@var{m}3} instruction pattern
3877 @item @samp{copysign@var{m}3}
3878 Store a value with the magnitude of operand 1 and the sign of operand
3879 2 into operand 0.
3880
3881 The @code{copysign} built-in function of C always uses the mode which
3882 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{copysignf}
3883 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3884 type @code{float}.
3885
3886 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
3887 @item @samp{ffs@var{m}2}
3888 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
3889 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
3890 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
3891 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
3892 generating the instruction.
3893
3894 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
3895 corresponds to the C data type @code{int}.
3896
3897 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
3898 @item @samp{clz@var{m}2}
3899 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
3900 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
3901 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
3902 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
3903 operand to that mode before generating the instruction.
3904
3905 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
3906 @item @samp{ctz@var{m}2}
3907 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
3908 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
3909 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
3910 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
3911 operand to that mode before generating the instruction.
3912
3913 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
3914 @item @samp{popcount@var{m}2}
3915 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
3916 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
3917 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
3918 generating the instruction.
3919
3920 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
3921 @item @samp{parity@var{m}2}
3922 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.e.@: the number of 1-bits
3923 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
3924 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
3925 the operand to that mode before generating the instruction.
3926
3927 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
3928 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
3929 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
3930
3931 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
3932 @item @samp{cmp@var{m}}
3933 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
3934 The RTL pattern should look like this:
3935
3936 @smallexample
3937 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3938                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
3939 @end smallexample
3940
3941 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
3942 @item @samp{tst@var{m}}
3943 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
3944 The RTL pattern should look like this:
3945
3946 @smallexample
3947 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
3948 @end smallexample
3949
3950 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
3951 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
3952 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
3953 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
3954
3955 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
3956 @item @samp{movmem@var{m}}
3957 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
3958 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
3959 address in mode @code{Pmode}.
3960
3961 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
3962 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
3963 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
3964 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
3965 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
3966 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
3967 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
3968
3969 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
3970 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
3971 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
3972 it may provide the value 4 for this operand.
3973
3974 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
3975 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
3976 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
3977 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
3978 individually moved data units in the block.
3979
3980 These patterns need not give special consideration to the possibility
3981 that the source and destination strings might overlap.
3982
3983 @cindex @code{movstr} instruction pattern
3984 @item @samp{movstr}
3985 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
3986 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
3987 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
3988 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
3989 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
3990 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
3991
3992 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
3993 @item @samp{setmem@var{m}}
3994 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
3995 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
3996 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
3997 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
3998 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
3999 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
4000
4001 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
4002 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
4003 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
4004 operand.
4005
4006 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
4007
4008 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
4009 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
4010 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
4011 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
4012 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4013 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4014 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
4015 at a time since either string may end in the first byte and reading past
4016 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
4017 effect of the instruction is to store a value in operand 0 whose sign
4018 indicates the result of the comparison.
4019
4020 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
4021 @item @samp{cmpstr@var{m}}
4022 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
4023 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
4024 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
4025 @code{Pmode}.
4026
4027 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4028 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4029 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4030 it may provide the value 4 for this operand.
4031
4032 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
4033 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
4034 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
4035 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
4036 cause a fault.  The effect of the instruction is to store a value in operand 0
4037 whose sign indicates the result of the comparison.
4038
4039 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
4040 @item @samp{cmpmem@var{m}}
4041 Block compare instruction, with five operands like the operands
4042 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4043 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4044 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
4045 any bytes in the two memory blocks.  The effect of the instruction is
4046 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
4047 comparison.
4048
4049 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
4050 @item @samp{strlen@var{m}}
4051 Compute the length of a string, with three operands.
4052 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
4053 a @code{mem} referring to the first character of the string,
4054 operand 2 is the character to search for (normally zero),
4055 and operand 3 is a constant describing the known alignment
4056 of the beginning of the string.
4057
4058 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
4059 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
4060 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
4061 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4062 @var{n}).
4063
4064 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
4065 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
4066 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
4067 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4068 @var{n}).
4069
4070 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
4071 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
4072 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4073 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
4074 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
4075 the value of operand 1 is an integer.
4076
4077 If the machine description defines this pattern, it also needs to
4078 define the @code{ftrunc} pattern.
4079
4080 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
4081 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
4082 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4083 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
4084 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
4085 value of operand 1 is an integer.
4086
4087 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
4088 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
4089 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
4090 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
4091 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
4092
4093 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
4094 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
4095 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
4096 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4097
4098 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
4099 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
4100 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
4101 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4102
4103 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
4104 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
4105 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4106 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4107 point or both floating point.
4108
4109 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
4110 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
4111 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4112 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4113 point or both floating point.
4114
4115 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
4116 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
4117 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4118 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4119 point.
4120
4121 @cindex @code{extv} instruction pattern
4122 @item @samp{extv}
4123 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
4124 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
4125 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
4126 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
4127 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
4128 be valid for @code{word_mode}.
4129
4130 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4131 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
4132
4133 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
4134 before it is stored in operand 0.
4135
4136 @cindex @code{extzv} instruction pattern
4137 @item @samp{extzv}
4138 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
4139
4140 @cindex @code{insv} instruction pattern
4141 @item @samp{insv}
4142 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
4143 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
4144 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
4145 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
4146 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
4147
4148 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4149 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
4150
4151 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
4152 @item @samp{mov@var{mode}cc}
4153 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
4154 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
4155 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
4156
4157 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
4158 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
4159 conditionally move an integer value based on the floating point condition
4160 codes and vice versa.
4161
4162 If the machine does not have conditional move instructions, do not
4163 define these patterns.
4164
4165 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
4166 @item @samp{add@var{mode}cc}
4167 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
4168 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
4169 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
4170 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
4171
4172 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
4173 @item @samp{s@var{cond}}
4174 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
4175 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
4176 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
4177 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
4178
4179 You specify the mode that the operand must have when you write the
4180 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
4181 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
4182
4183 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
4184 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
4185 you should omit it from the machine description.  You describe to the
4186 compiler exactly which value is stored by defining the macro
4187 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
4188 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
4189 should omit those operations from the machine description.
4190
4191 These operations may fail, but should do so only in relatively
4192 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
4193 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
4194
4195 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
4196 that copies the constant one to the target and branches around an
4197 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
4198 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
4199 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
4200 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
4201 the machine description.
4202
4203 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
4204 @item @samp{b@var{cond}}
4205 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
4206 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
4207 condition @var{cond}.
4208
4209 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
4210 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
4211 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
4212 simply store the operands away and generate all the required insns in a
4213 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
4214 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
4215 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
4216 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
4217
4218 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
4219 where the mode used for the comparison depends on the condition being
4220 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
4221
4222 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
4223 @samp{s@var{cond}} patterns.
4224
4225 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
4226 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
4227 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
4228 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
4229 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
4230 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
4231
4232 @cindex @code{jump} instruction pattern
4233 @item @samp{jump}
4234 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
4235 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
4236 on all machines.
4237
4238 @cindex @code{call} instruction pattern
4239 @item @samp{call}
4240 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
4241 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
4242 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
4243 operands.
4244
4245 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
4246 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
4247 to put this information into the assembler code; they can put it in
4248 the RTL instead of operand 1.
4249
4250 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
4251 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
4252 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
4253 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
4254 instruction, the pattern for this operation should be a
4255 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
4256 address into a register and uses that register in the call instruction.
4257
4258 @cindex @code{call_value} instruction pattern
4259 @item @samp{call_value}
4260 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
4261 register in which the value is returned.  There are three more
4262 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
4263 instruction (but with numbers increased by one).
4264
4265 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
4266 insn.
4267
4268 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
4269 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
4270 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
4271 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
4272 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
4273 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
4274 adjustment made to the frame pointer.
4275
4276 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
4277 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
4278 can be eliminated, if desired.
4279
4280 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
4281 @item @samp{untyped_call}
4282 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
4283 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
4284 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
4285 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4286 the saving of a function return value into the result block.
4287
4288 This instruction pattern should be defined to support
4289 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
4290 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
4291 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
4292 multiple registers that can hold a return value
4293 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
4294
4295 @cindex @code{return} instruction pattern
4296 @item @samp{return}
4297 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
4298 defined only if a single instruction can do all the work of returning
4299 from a function.
4300
4301 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
4302 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
4303 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
4304 some class of functions only requires one instruction to implement a
4305 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
4306 to save any registers or allocate stack space.
4307
4308 @findex reload_completed
4309 @findex leaf_function_p
4310 For such machines, the condition specified in this pattern should only
4311 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
4312 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
4313 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
4314 a register window push is required.
4315
4316 Machines that have conditional return instructions should define patterns
4317 such as
4318
4319 @smallexample
4320 (define_insn ""
4321   [(set (pc)
4322         (if_then_else (match_operator
4323                          0 "comparison_operator"
4324                          [(cc0) (const_int 0)])
4325                       (return)
4326                       (pc)))]
4327   "@var{condition}"
4328   "@dots{}")
4329 @end smallexample
4330
4331 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
4332 named @samp{return} pattern.
4333
4334 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
4335 @item @samp{untyped_return}
4336 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
4337 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
4338 instructions are needed to return a value of any type.
4339
4340 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
4341 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
4342 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4343 the restoring of a function return value from the result block.
4344
4345 @cindex @code{nop} instruction pattern
4346 @item @samp{nop}
4347 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
4348 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
4349 RTL pattern.
4350
4351 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
4352 @item @samp{indirect_jump}
4353 An instruction to jump to an address which is operand zero.
4354 This pattern name is mandatory on all machines.
4355
4356 @cindex @code{casesi} instruction pattern
4357 @item @samp{casesi}
4358 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
4359 This instruction takes five operands:
4360
4361 @enumerate
4362 @item
4363 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
4364
4365 @item
4366 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
4367
4368 @item
4369 The total range of indices in the table---the largest index
4370 minus the smallest one (both inclusive).
4371
4372 @item
4373 A label that precedes the table itself.
4374
4375 @item
4376 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
4377 @end enumerate
4378
4379 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
4380 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
4381 difference between the upper bound and the lower bound.
4382
4383 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
4384 @item @samp{tablejump}
4385 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
4386 capability which can be used to implement a dispatch table when there
4387 is no @samp{casesi} pattern.
4388
4389 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
4390 which should immediately precede the jump table.  If the macro
4391 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
4392 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
4393 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
4394 mode @code{Pmode}.
4395
4396 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
4397 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
4398 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
4399 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
4400
4401
4402 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
4403 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
4404 Conditional branch instruction that decrements a register and
4405 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
4406 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
4407 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
4408
4409 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
4410 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
4411 reduction is enabled.
4412
4413 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
4414 @item @samp{doloop_end}
4415 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
4416 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
4417 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
4418 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
4419 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
4420 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
4421 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
4422 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
4423 @xref{Looping Patterns}.
4424
4425 This optional instruction pattern should be defined for machines with
4426 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
4427 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
4428 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4429 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
4430 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
4431 too large for this instruction, make it fail.
4432
4433 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
4434 @item @samp{doloop_begin}
4435 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
4436 need to perform some initialization, such as loading special registers
4437 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
4438 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
4439 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
4440
4441
4442 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
4443 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
4444 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
4445 into operand 0.
4446
4447 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
4448 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
4449 and also has mode @code{Pmode}.
4450
4451 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
4452 the address of the function which would be called if the function
4453 pointer were used in an indirect call.
4454
4455 Only define this pattern if function pointers on the target machine
4456 can have different values but still call the same function when
4457 used in an indirect call.
4458
4459 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
4460 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
4461 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
4462 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
4463 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
4464 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
4465 @item @samp{save_stack_block}
4466 @itemx @samp{save_stack_function}
4467 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
4468 @itemx @samp{restore_stack_block}
4469 @itemx @samp{restore_stack_function}
4470 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
4471 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
4472 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
4473 such machines.
4474
4475 Some machines require special handling for stack pointer saves and
4476 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
4477 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
4478 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
4479 saves and restores are:
4480
4481 @enumerate
4482 @item
4483 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
4484 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
4485 restores the stack pointer when the block is exited.
4486
4487 @item
4488 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
4489 similar job for the outermost block of a function and are used when the
4490 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
4491 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
4492 restore sequence on some machines.
4493
4494 @item
4495 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
4496 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
4497 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
4498 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
4499 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
4500 and restoring additional data such as register window information or
4501 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
4502 such required data.
4503 @end enumerate
4504
4505 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
4506 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
4507 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
4508 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
4509 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
4510 for a particular type of save (either because no save is needed or
4511 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
4512 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
4513 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
4514 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
4515
4516 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
4517 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
4518 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
4519
4520 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
4521 @item @samp{allocate_stack}
4522 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
4523 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
4524
4525 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
4526 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
4527 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
4528 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
4529 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
4530 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
4531 stack is free.
4532
4533 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
4534 Some machines require other operations such as stack probes or
4535 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
4536 operations in addition to updating the stack pointer.
4537
4538 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
4539 @item @samp{check_stack}
4540 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
4541 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
4542 to perform the needed check and signaling an error if the stack
4543 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
4544 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
4545 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
4546 limit from a global or thread-specific variable or register.
4547
4548 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
4549 @item @samp{nonlocal_goto}
4550 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
4551 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
4552 each representing a value to be used in the jump.  The first
4553 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
4554 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
4555 the third is the address of a location where the stack is saved,
4556 and the last is the address of the label, to be placed in the
4557 location for the incoming static chain.
4558
4559 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
4560 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
4561 and static chain, restore the stack (using the
4562 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
4563 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
4564 not work on your machine.
4565
4566 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
4567 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
4568 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
4569 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
4570 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
4571 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
4572 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
4573 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
4574 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
4575 There are no arguments.
4576
4577 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
4578 @item @samp{exception_receiver}
4579 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
4580 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
4581 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
4582 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
4583 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
4584 an exception.  There are no arguments.
4585
4586 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
4587 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
4588 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
4589 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
4590 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
4591 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
4592 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
4593 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
4594 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
4595 the first three are normally used by the generic mechanism.
4596
4597 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
4598 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
4599 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
4600 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
4601 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
4602 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
4603 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
4604 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
4605 at a small offset from that label.
4606
4607 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
4608 @item @samp{builtin_longjmp}
4609 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
4610 You will not normally need to define this pattern unless you also define
4611 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
4612 @code{jmp_buf}.
4613
4614 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
4615 @item @samp{eh_return}
4616 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
4617 and thence the call frame exception handling library routines, are
4618 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
4619 the abnormal return path.
4620
4621 The address of the exception handler to which the function should return
4622 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
4623 the pattern to some special register or memory location.
4624 If the pattern needs to determine the location of the target call
4625 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
4626 if defined; it will have already been assigned.
4627
4628 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
4629 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
4630 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
4631 handling is to be used.
4632
4633 @cindex @code{prologue} instruction pattern
4634 @anchor{prologue instruction pattern}
4635 @item @samp{prologue}
4636 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
4637 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
4638 pointer register, saving callee saved registers, etc.
4639
4640 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
4641 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
4642
4643 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
4644 instruction scheduling.
4645
4646 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
4647 @anchor{epilogue instruction pattern}
4648 @item @samp{epilogue}
4649 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
4650 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
4651 registers and emitting the return instruction.
4652
4653 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
4654 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
4655
4656 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
4657 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
4658
4659 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
4660 @item @samp{sibcall_epilogue}
4661 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
4662 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
4663 sibling call (aka tail call) sites.
4664
4665 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
4666 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
4667 function.
4668
4669 @cindex @code{trap} instruction pattern
4670 @item @samp{trap}
4671 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
4672 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
4673 front end to signal `invalid array index' exceptions.
4674
4675 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
4676 @item @samp{conditional_trap}
4677 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
4678 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
4679
4680 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
4681
4682 @smallexample
4683 (define_insn "conditional_trap"
4684   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
4685              [(cc0) (const_int 0)])
4686             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
4687   ""
4688   "@dots{}")
4689 @end smallexample
4690
4691 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
4692 @item @samp{prefetch}
4693
4694 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
4695 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
4696 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
4697 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
4698 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
4699 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
4700 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
4701 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
4702 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
4703
4704 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
4705 the values of operands 1 and 2.
4706
4707 @cindex @code{blockage} instruction pattern
4708 @item @samp{blockage}
4709
4710 This pattern defines a pseudo insn that prevents the instruction
4711 scheduler from moving instructions across the boundary defined by the
4712 blockage insn.  Normally an UNSPEC_VOLATILE pattern.
4713
4714 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
4715 @item @samp{memory_barrier}
4716
4717 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
4718 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
4719 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
4720 This pattern has no operands.
4721
4722 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
4723 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
4724
4725 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
4726 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
4727 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
4728 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
4729 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
4730 of the operation; it should contain the contents of the memory
4731 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
4732 a copy of operand 2.
4733
4734 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
4735
4736 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
4737 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
4738 operation and all memory operations after the atomic operation occur
4739 after the atomic operation.
4740
4741 @cindex @code{sync_compare_and_swap_cc@var{mode}} instruction pattern
4742 @item @samp{sync_compare_and_swap_cc@var{mode}}
4743
4744 This pattern is just like @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}, except
4745 it should act as if compare part of the compare-and-swap were issued via
4746 @code{cmp@var{m}}.  This comparison will only be used with @code{EQ} and
4747 @code{NE} branches and @code{setcc} operations.
4748
4749 Some targets do expose the success or failure of the compare-and-swap
4750 operation via the status flags.  Ideally we wouldn't need a separate
4751 named pattern in order to take advantage of this, but the combine pass
4752 does not handle patterns with multiple sets, which is required by
4753 definition for @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}.
4754
4755 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
4756 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
4757 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
4758 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
4759 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
4760 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
4761 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
4762 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
4763 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
4764
4765 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
4766 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
4767 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
4768
4769 The ``nand'' operation is @code{~op0 & op1}.
4770
4771 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
4772 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
4773 operation and all memory operations after the atomic operation occur
4774 after the atomic operation.
4775
4776 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
4777 from a compare-and-swap operation, if defined.
4778
4779 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
4780 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
4781 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
4782 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
4783 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
4784 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
4785 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
4786 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
4787 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
4788
4789 These patterns are emit code for an atomic operation on memory,
4790 and return the value that the memory contained before the operation.
4791 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
4792 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
4793 to the binary operator.
4794
4795 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
4796 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
4797 operation and all memory operations after the atomic operation occur
4798 after the atomic operation.
4799
4800 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
4801 from a compare-and-swap operation, if defined.
4802
4803 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
4804 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
4805 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
4806 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
4807 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
4808 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
4809 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
4810 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
4811 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
4812
4813 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
4814 except that they return the value that exists in the memory location
4815 after the operation, rather than before the operation.
4816
4817 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
4818 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
4819
4820 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
4821 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
4822 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
4823 is the value to set in the lock.
4824
4825 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
4826 which the previous value in memory operand is copied into the result
4827 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
4828
4829 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
4830 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
4831 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
4832 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
4833 The true contents of the memory operand are implementation defined.
4834
4835 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
4836 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
4837 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
4838
4839 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
4840 a compare-and-swap operation, if defined.
4841
4842 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
4843 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
4844
4845 This pattern, if defined, releases a lock set by
4846 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
4847 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
4848
4849 If the target doesn't implement full semantics for
4850 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
4851 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
4852 of the memory operand are implementation defined.
4853
4854 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
4855 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
4856 released only after all previous memory operations have completed.
4857
4858 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
4859 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
4860
4861 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
4862 @item @samp{stack_protect_set}
4863
4864 This pattern, if defined, moves a @code{Pmode} value from the memory
4865 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
4866 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
4867 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
4868 having clobbered it.
4869
4870 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
4871
4872 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
4873 @item @samp{stack_protect_test}
4874
4875 This pattern, if defined, compares a @code{Pmode} value from the
4876 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
4877 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
4878 weren't equal.
4879
4880 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
4881 conditional branch pattern is used.
4882
4883 @end table
4884
4885 @end ifset
4886 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
4887 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
4888 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
4889 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
4890 @ifset INTERNALS
4891 @node Pattern Ordering
4892 @section When the Order of Patterns Matters
4893 @cindex Pattern Ordering
4894 @cindex Ordering of Patterns
4895
4896 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
4897 pattern that appears first in the machine description is the one used.
4898 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
4899 and faster instructions (those that will produce better code when they
4900 do match) should usually go first in the description.
4901
4902 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
4903 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
4904 instruction for converting a fullword to floating point and another
4905 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
4906 an integer to floating point could match either one.  We put the
4907 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
4908 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
4909 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
4910 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
4911 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
4912 constant value.
4913
4914 @end ifset
4915 @ifset INTERNALS
4916 @node Dependent Patterns
4917 @section Interdependence of Patterns
4918 @cindex Dependent Patterns
4919 @cindex Interdependence of Patterns
4920
4921 Every machine description must have a named pattern for each of the
4922 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
4923 must always have the form
4924
4925 @smallexample
4926 (set (pc)
4927      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
4928                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
4929                    (pc)))
4930 @end smallexample
4931
4932 @noindent
4933 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
4934 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
4935 look like
4936
4937 @smallexample
4938 (set (pc)
4939      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
4940                    (pc)
4941                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
4942 @end smallexample
4943
4944 @noindent
4945 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
4946 branches into reverse-conditional branches.
4947
4948 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
4949 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
4950 example,
4951
4952 @smallexample
4953 (define_insn ""
4954   [(set (pc)
4955         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
4956                                       [(cc0) (const_int 0)])
4957                       (pc)
4958                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
4959   "@var{condition}"
4960   "@dots{}")
4961 @end smallexample
4962
4963 In some cases machines support instructions identical except for the
4964 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
4965 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
4966 patterns are
4967
4968 @smallexample
4969 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
4970      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
4971
4972 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
4973      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
4974 @end smallexample
4975
4976 @noindent
4977 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
4978 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
4979 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
4980 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
4981 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
4982 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
4983
4984 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
4985 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
4986 compilations.
4987
4988 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
4989 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
4990 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
4991 you should not provide separate patterns for increment and decrement
4992 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
4993 that supports register-register add insns by examining the operands and
4994 generating the appropriate machine instruction.
4995
4996 @end ifset
4997 @ifset INTERNALS
4998 @node Jump Patterns
4999 @section Defining Jump Instruction Patterns
5000 @cindex jump instruction patterns
5001 @cindex defining jump instruction patterns
5002
5003 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
5004 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
5005 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
5006 insn tests the condition code and branches or not according its value.
5007 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
5008 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
5009 way.
5010
5011 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
5012 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
5013 these machines is to treat them just like the others until the final stage
5014 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
5015 compare instruction, peek ahead at the following branch using
5016 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
5017 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
5018 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
5019 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
5020 can treat signed and unsigned branches identically.
5021
5022 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
5023 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
5024 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
5025 until the end.
5026
5027 To go with this technique, you must define the machine-description macro
5028 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
5029 compare instruction is superfluous.
5030
5031 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
5032 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
5033 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
5034 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
5035 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
5036
5037 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
5038 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
5039 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
5040 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
5041 above in addition to any special patterns you define.
5042
5043 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
5044 code and there may not even be a separate condition code register.  On
5045 these machines, the restriction that the definition and use of the
5046 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
5047 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
5048 delay for taken branches unless the condition code register is set three
5049 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
5050 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
5051 separate the definition and use of the condition code register.
5052
5053 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
5054 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
5055 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
5056 comparison result can be placed in any general register, or if there are
5057 multiple condition registers, use a pseudo register.
5058
5059 @findex prev_cc0_setter
5060 @findex next_cc0_user
5061 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
5062 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
5063 SPARC, setting the condition code directly from an add or subtract
5064 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
5065 instruction does, so a different branch instruction must be used for
5066 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
5067 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
5068 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
5069 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
5070 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
5071 and @code{next_cc0_user}.
5072
5073 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
5074 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
5075 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
5076 we use the machine mode of the condition code register to record
5077 different formats of the condition code register.
5078
5079 Registers used to store the condition code value should have a mode that
5080 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
5081 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
5082 the SPARC), define them in @file{@var{machine}-modes.def}
5083 (@pxref{Condition Code}).  Also define @code{SELECT_CC_MODE} to choose
5084 a mode given an operand of a compare.
5085
5086 If it is known during RTL generation that a different mode will be
5087 required (for example, if the machine has separate compare instructions
5088 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
5089 be specified at that time.
5090
5091 If the cases that require different modes would be made by instruction
5092 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
5093 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
5094 written using that mode.  To support the case of the add on the SPARC
5095 discussed above, we have the pattern
5096
5097 @smallexample
5098 (define_insn ""
5099   [(set (reg:CC_NOOV 0)
5100         (compare:CC_NOOV
5101           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
5102                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
5103           (const_int 0)))]
5104   ""
5105   "@dots{}")
5106 @end smallexample
5107
5108 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the SPARC returns @code{CC_NOOVmode}
5109 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
5110
5111 @end ifset
5112 @ifset INTERNALS
5113 @node Looping Patterns
5114 @section Defining Looping Instruction Patterns
5115 @cindex looping instruction patterns
5116 @cindex defining looping instruction patterns
5117
5118 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
5119 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
5120 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
5121 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
5122 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
5123 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
5124 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
5125 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
5126 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
5127 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
5128 the jump.
5129
5130 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
5131 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
5132 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
5133 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
5134 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
5135 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
5136 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
5137 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
5138 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
5139 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
5140 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
5141 following for its @code{dbra} instruction:
5142
5143 @smallexample
5144 @group
5145 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5146   [(set (pc)
5147         (if_then_else
5148           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5149                        (const_int -1))
5150               (const_int 0))
5151           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5152           (pc)))
5153    (set (match_dup 0)
5154         (plus:SI (match_dup 0)
5155                  (const_int -1)))]
5156   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5157   "@dots{}")
5158 @end group
5159 @end smallexample
5160
5161 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
5162 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
5163 since this insn is generated by the instruction combination phase
5164 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
5165 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
5166 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
5167 pattern will not be matched by the combiner.
5168
5169 @smallexample
5170 @group
5171 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5172   [(set (pc)
5173         (if_then_else
5174           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5175               (const_int 1))
5176           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5177           (pc)))
5178    (set (match_dup 0)
5179         (plus:SI (match_dup 0)
5180                  (const_int -1)))]
5181   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5182   "@dots{}")
5183 @end group
5184 @end smallexample
5185
5186 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
5187 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
5188 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
5189 information collected during strength reduction.
5190
5191 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
5192 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
5193 is an optional companion pattern that can be used for initialization
5194 needed for some low-overhead looping instructions.
5195
5196 Note that some machines require the actual looping instruction to be
5197 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
5198 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
5199 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
5200 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
5201 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
5202 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
5203 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
5204 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
5205 desired special iteration counter register was not allocated, this
5206 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
5207 instruction pair.
5208
5209 The essential difference between the
5210 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
5211 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
5212 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
5213 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
5214 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
5215 may become redundant and removed by the flow pass.
5216
5217
5218 @end ifset
5219 @ifset INTERNALS
5220 @node Insn Canonicalizations
5221 @section Canonicalization of Instructions
5222 @cindex canonicalization of instructions
5223 @cindex insn canonicalization
5224
5225 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
5226 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
5227 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
5228 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
5229 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
5230 number of insn patterns required.
5231
5232 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
5233 are performed:
5234
5235 @itemize @bullet
5236 @item
5237 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
5238 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
5239 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
5240 be supplied.
5241
5242 @item
5243 For associative operators, a sequence of operators will always chain
5244 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
5245 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
5246 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
5247 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
5248 floating-point.
5249
5250 @item
5251 @cindex @code{neg}, canonicalization of
5252 @cindex @code{not}, canonicalization of
5253 @cindex @code{mult}, canonicalization of
5254 @cindex @code{plus}, canonicalization of
5255 @cindex @code{minus}, canonicalization of
5256 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
5257 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
5258 first operand.
5259
5260 @item
5261 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
5262 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
5263 the operations as far as possible.  For instance,
5264 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
5265 @code{(plus (mult (neg A) B) C)} is canonicalized as
5266 @code{(minus A (mult B C))}.
5267
5268 @cindex @code{compare}, canonicalization of
5269 @item
5270 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
5271 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
5272 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
5273 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
5274 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
5275 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
5276 such an instruction.
5277
5278 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
5279 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
5280 above.
5281
5282 @item
5283 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
5284 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
5285
5286 @item
5287 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
5288 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
5289
5290 @cindex @code{ior}, canonicalization of
5291 @cindex @code{and}, canonicalization of
5292 @cindex De Morgan's law
5293 @item
5294 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
5295 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
5296 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
5297
5298 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
5299 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
5300 for that instruction as
5301
5302 @smallexample
5303 (define_insn ""
5304   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5305         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5306                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
5307   "@dots{}"
5308   "@dots{}")
5309 @end smallexample
5310
5311 @noindent
5312 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
5313
5314 @smallexample
5315 (define_insn ""
5316   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5317         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5318                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
5319   "@dots{}"
5320   "@dots{}")
5321 @end smallexample
5322
5323 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
5324 logically equivalent RTL expressions.
5325
5326 @cindex @code{xor}, canonicalization of
5327 @item
5328 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
5329 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
5330 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
5331
5332 @item
5333 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
5334 the form
5335
5336 @smallexample
5337 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
5338 @end smallexample
5339
5340 @item
5341 On machines that do not use @code{cc0},
5342 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
5343 @var{x}.
5344
5345 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
5346 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
5347 @item
5348 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
5349 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
5350 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
5351
5352 @end itemize
5353
5354 Further canonicalization rules are defined in the function
5355 @code{commutative_operand_precedence} in @file{gcc/rtlanal.c}.
5356
5357 @end ifset
5358 @ifset INTERNALS
5359 @node Expander Definitions
5360 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
5361 @cindex expander definitions
5362 @cindex code generation RTL sequences
5363 @cindex defining RTL sequences for code generation
5364
5365 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
5366 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
5367 represent them.  For these target machines, you can write a
5368 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
5369
5370 @findex define_expand
5371 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
5372 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
5373 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
5374
5375 A @code{define_expand} RTX has four operands:
5376
5377 @itemize @bullet
5378 @item
5379 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
5380 use for it is to refer to it by name.
5381
5382 @item
5383 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
5384 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
5385 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
5386
5387 @item
5388 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
5389 used to express how the availability of this pattern depends on
5390 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
5391 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
5392 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
5393 depend on the data in the insn being matched, but only the
5394 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
5395 during initialization in order to learn exactly which named instructions
5396 are available in a particular run.
5397
5398 @item
5399 The preparation statements, a string containing zero or more C
5400 statements which are to be executed before RTL code is generated from
5401 the RTL template.
5402
5403 Usually these statements prepare temporary registers for use as
5404 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
5405 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
5406 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
5407 @end itemize
5408
5409 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
5410 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
5411 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
5412 it.
5413
5414 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
5415 also describes the operands that need to be specified when this pattern
5416 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
5417
5418 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
5419 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
5420 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
5421 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
5422 information to preload the operand into a register if that is required for
5423 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
5424 references should use @code{match_dup}.
5425
5426 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
5427 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
5428 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
5429 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
5430 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
5431 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
5432 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
5433 compute the values and store them into the appropriate elements of
5434 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
5435
5436 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
5437 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
5438 as a statement.
5439
5440 @table @code
5441
5442 @findex DONE
5443 @item DONE
5444 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
5445 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
5446 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
5447 preparation statements; the RTL template will not be generated.
5448
5449 @findex FAIL
5450 @item FAIL
5451 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
5452 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
5453 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
5454
5455 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
5456 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
5457 operations.
5458 @end table
5459
5460 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
5461 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
5462 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
5463 insn.
5464
5465 The RTL template is not used for matching, only for generating the
5466 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
5467 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
5468 list of operands, such as this example:
5469
5470 @smallexample
5471 @group
5472 (define_expand "addsi3"
5473   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5474    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
5475    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
5476 @end group
5477 @group
5478   ""
5479   "
5480 @{
5481   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
5482   DONE;
5483 @}")
5484 @end group
5485 @end smallexample
5486
5487 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
5488
5489 @smallexample
5490 @group
5491 (define_expand "ashlsi3"
5492   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5493         (ashift:SI
5494 @end group
5495 @group
5496           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
5497           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
5498   ""
5499   "
5500 @end group
5501 @end smallexample
5502
5503 @smallexample
5504 @group
5505 @{
5506   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
5507       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
5508     FAIL;
5509 @}")
5510 @end group
5511 @end smallexample
5512
5513 @noindent
5514 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
5515 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
5516 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
5517 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
5518 library call).
5519
5520 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
5521 patterns with names, then it would be possible to use a
5522 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
5523 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
5524
5525 @smallexample
5526 (define_expand "zero_extendhisi2"
5527   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
5528         (const_int 0))
5529    (set (strict_low_part
5530           (subreg:HI
5531             (match_dup 0)
5532             0))
5533         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
5534   ""
5535   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
5536 @end smallexample
5537
5538 @noindent
5539 @findex make_safe_from
5540 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
5541 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
5542 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
5543 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
5544 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
5545 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
5546 by emitting another RTL insn.
5547
5548 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
5549 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
5550 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
5551 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
5552 on this machine.  So it must be copied into a register with
5553 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
5554
5555 @smallexample
5556 (define_expand "zero_extendhisi2"
5557   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5558         (and:SI (subreg:SI
5559                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
5560                   0)
5561                 (match_dup 2)))]
5562   ""
5563   "operands[2]
5564      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
5565 @end smallexample
5566
5567 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
5568 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
5569 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
5570 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
5571 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
5572 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
5573 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
5574 in the compiler.
5575
5576 @end ifset
5577 @ifset INTERNALS
5578 @node Insn Splitting
5579 @section Defining How to Split Instructions
5580 @cindex insn splitting
5581 @cindex instruction splitting
5582 @cindex splitting instructions
5583
5584 There are two cases where you should specify how to split a pattern
5585 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
5586 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
5587 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
5588 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
5589 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
5590 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
5591 cannot be placed into a delay slot.
5592
5593 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
5594 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
5595 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
5596 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
5597 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
5598 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
5599 scheduling.
5600
5601 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
5602 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
5603 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
5604 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
5605 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
5606 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
5607 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
5608 split the addition into two insns is machine-dependent.
5609
5610 @findex define_split
5611 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
5612 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
5613
5614 @smallexample
5615 (define_split
5616   [@var{insn-pattern}]
5617   "@var{condition}"
5618   [@var{new-insn-pattern-1}
5619    @var{new-insn-pattern-2}
5620    @dots{}]
5621   "@var{preparation-statements}")
5622 @end smallexample
5623
5624 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
5625 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
5626 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
5627 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
5628 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
5629 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
5630
5631 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
5632 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
5633 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
5634 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
5635 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
5636 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
5637 must not allocate any space in the stack frame.
5638
5639 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
5640 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
5641 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
5642 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
5643 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
5644 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
5645 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
5646 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
5647 of those definitions.
5648
5649 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
5650 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
5651 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
5652
5653 @smallexample
5654 (define_split
5655   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
5656         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
5657   ""
5658   [(set (match_dup 0)
5659         (ashift:SI (match_dup 1)
5660                    (const_int 16)))
5661    (set (match_dup 0)
5662         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
5663                      (const_int 16)))]
5664   "
5665 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
5666 @end smallexample
5667
5668 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
5669 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
5670 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
5671 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
5672 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
5673 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
5674 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
5675 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
5676 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
5677 @code{define_split} that will never produce insns that match).
5678
5679 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
5680 @file{rs6000.md}:
5681
5682 @smallexample
5683 (define_split
5684   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
5685         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
5686                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
5687   ""
5688   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
5689    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
5690 "
5691 @{
5692   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
5693   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
5694
5695   if (low & 0x8000)
5696     high++, low |= 0xffff0000;
5697
5698   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
5699   operands[4] = GEN_INT (low);
5700 @}")
5701 @end smallexample
5702
5703 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
5704 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
5705 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
5706 can be substituted into the address of a subsequent operation.
5707
5708 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
5709 an equality comparison of a register and a large constant:
5710
5711 @smallexample
5712 (define_split
5713   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
5714         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
5715                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
5716    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
5717   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
5718    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
5719        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
5720   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
5721    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
5722   "
5723 @{
5724   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
5725      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
5726      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
5727
5728   int c = INTVAL (operands[2]);
5729   int sextc = (c << 16) >> 16;
5730   int xorv = c ^ sextc;
5731
5732   operands[4] = GEN_INT (xorv);
5733   operands[5] = GEN_INT (sextc);
5734 @}")
5735 @end smallexample
5736
5737 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
5738 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
5739 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
5740 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
5741 are not valid.
5742
5743 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
5744 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
5745 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
5746 several restriction apply.
5747
5748 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
5749 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
5750 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
5751 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
5752 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
5753 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
5754 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
5755 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
5756 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
5757 forward jumps to the newly created labels.
5758
5759 @findex define_insn_and_split
5760 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
5761 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
5762 this:
5763
5764 @smallexample
5765 (define_insn_and_split
5766   [@var{insn-pattern}]
5767   "@var{condition}"
5768   "@var{output-template}"
5769   "@var{split-condition}"
5770   [@var{new-insn-pattern-1}
5771    @var{new-insn-pattern-2}
5772    @dots{}]
5773   "@var{preparation-statements}"
5774   [@var{insn-attributes}])
5775
5776 @end smallexample
5777
5778 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
5779 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
5780 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
5781 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
5782 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
5783 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
5784 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
5785 from i386.md:
5786
5787 @smallexample
5788 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
5789   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
5790      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
5791    (clobber (reg:CC 17))]
5792   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
5793   "#"
5794   "&& reload_completed"
5795   [(parallel [(set (match_dup 0)
5796                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
5797               (clobber (reg:CC 17))])]
5798   ""
5799   [(set_attr "type" "alu1")])
5800
5801 @end smallexample
5802
5803 In this case, the actual split condition will be
5804 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
5805
5806 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
5807 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
5808 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
5809 having to ensure the two patterns' templates match.
5810
5811 @end ifset
5812 @ifset INTERNALS
5813 @node Including Patterns
5814 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
5815 @cindex insn includes
5816
5817 @findex include
5818 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
5819 look for patterns that are in files other than in the file
5820 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
5821
5822 It looks like:
5823
5824 @smallexample
5825
5826 (include
5827   @var{pathname})
5828 @end smallexample
5829
5830 For example:
5831
5832 @smallexample
5833
5834 (include "filestuff")
5835
5836 @end smallexample
5837
5838 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
5839 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
5840 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
5841
5842
5843 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
5844 and placed into subdirectories.
5845
5846 By specifying:
5847
5848 @smallexample
5849
5850 (include "BOGUS/filestuff")
5851
5852 @end smallexample
5853
5854 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
5855
5856 Specifying an absolute path for the include file such as;
5857 @smallexample
5858
5859 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
5860
5861 @end smallexample
5862 is permitted but is not encouraged.
5863
5864 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
5865 @cindex directory options .md
5866 @cindex options, directory search
5867 @cindex search options
5868
5869 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
5870 For example:
5871
5872 @smallexample
5873
5874 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
5875
5876 @end smallexample
5877
5878
5879 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
5880 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
5881 file, substituting your own version, since these directories are
5882 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
5883 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
5884 order; the standard default directory come after.
5885
5886
5887 @end ifset
5888 @ifset INTERNALS
5889 @node Peephole Definitions
5890 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
5891 @cindex peephole optimizer definitions
5892 @cindex defining peephole optimizers
5893
5894 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
5895 definitions of machine-specific peephole optimizations.
5896
5897 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
5898 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
5899 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
5900 though the second one does not appear to use a register computed in the
5901 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
5902 opportunities.
5903
5904 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
5905 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
5906 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
5907 is deprecated.
5908
5909 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
5910 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
5911 but before scheduling, which may result in much better code for
5912 targets that do scheduling.
5913
5914 @menu
5915 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
5916 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
5917 @end menu
5918
5919 @end ifset
5920 @ifset INTERNALS
5921 @node define_peephole
5922 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
5923 @findex define_peephole
5924
5925 @need 1000
5926 A definition looks like this:
5927
5928 @smallexample
5929 (define_peephole
5930   [@var{insn-pattern-1}
5931    @var{insn-pattern-2}
5932    @dots{}]
5933   "@var{condition}"
5934   "@var{template}"
5935   "@var{optional-insn-attributes}")
5936 @end smallexample
5937
5938 @noindent
5939 The last string operand may be omitted if you are not using any
5940 machine-specific information in this machine description.  If present,
5941 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
5942
5943 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
5944 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
5945 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
5946 the next, and so on.
5947
5948 Each of the insns matched by a peephole must also match a
5949 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
5950 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
5951 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
5952 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
5953 stages.
5954
5955 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
5956 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
5957 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
5958 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
5959 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
5960 other.
5961
5962 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
5963 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
5964 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
5965 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
5966 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
5967
5968 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
5969 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
5970 previously tested.
5971
5972 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
5973 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
5974 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
5975 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
5976 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
5977 patterns.
5978
5979 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
5980 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
5981 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
5982 the operands.
5983
5984 @findex prev_active_insn
5985 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
5986 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
5987 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
5988 to refer to the last of the insns being matched; use
5989 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
5990
5991 @findex dead_or_set_p
5992 When optimizing computations with intermediate results, you can use
5993 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
5994 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
5995 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
5996 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
5997 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
5998 value (from @code{operands[@var{i}]}).
5999
6000 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
6001 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
6002 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
6003 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
6004 used in matching the original sequence of insns.
6005
6006 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
6007 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
6008 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
6009 as the insn pattern to control how the insn is output.
6010
6011 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
6012 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
6013
6014 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
6015
6016 @smallexample
6017 (define_peephole
6018   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
6019    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
6020         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
6021   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
6022 @{
6023   rtx xoperands[2];
6024   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
6025 #ifdef MOTOROLA
6026   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
6027   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
6028   return "fmove.d (sp)+,%0";
6029 #else
6030   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
6031   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
6032   return "fmoved sp@@+,%0";
6033 #endif
6034 @})
6035 @end smallexample
6036
6037 @need 1000
6038 The effect of this optimization is to change
6039
6040 @smallexample
6041 @group
6042 jbsr _foobar
6043 addql #4,sp
6044 movel d1,sp@@-
6045 movel d0,sp@@-
6046 fmoved sp@@+,fp0
6047 @end group
6048 @end smallexample
6049
6050 @noindent
6051 into
6052
6053 @smallexample
6054 @group
6055 jbsr _foobar
6056 movel d1,sp@@
6057 movel d0,sp@@-
6058 fmoved sp@@+,fp0
6059 @end group
6060 @end smallexample
6061
6062 @ignore
6063 @findex CC_REVERSED
6064 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
6065 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
6066 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
6067 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
6068 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
6069 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
6070 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
6071 and in this C code check the condition code status flags and change the
6072 assembler code as appropriate.
6073 @end ignore
6074
6075 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
6076 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
6077 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
6078 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
6079 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
6080 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
6081 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
6082 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
6083 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
6084
6085 @smallexample
6086 (define_insn "divmodsi4"
6087   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6088         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6089                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6090    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6091         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
6092   "TARGET_68020"
6093   "divsl%.l %2,%3:%0")
6094 @end smallexample
6095
6096 @noindent
6097 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
6098
6099 @smallexample
6100 (define_peephole
6101   [@dots{}
6102    (parallel
6103     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6104           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6105                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6106      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6107           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
6108    @dots{}]
6109   @dots{})
6110 @end smallexample
6111
6112 @end ifset
6113 @ifset INTERNALS
6114 @node define_peephole2
6115 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
6116 @findex define_peephole2
6117
6118 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
6119 substitute one sequence of instructions for another sequence,
6120 what additional scratch registers may be needed and what their
6121 lifetimes must be.
6122
6123 @smallexample
6124 (define_peephole2
6125   [@var{insn-pattern-1}
6126    @var{insn-pattern-2}
6127    @dots{}]
6128   "@var{condition}"
6129   [@var{new-insn-pattern-1}
6130    @var{new-insn-pattern-2}
6131    @dots{}]
6132   "@var{preparation-statements}")
6133 @end smallexample
6134
6135 The definition is almost identical to @code{define_split}
6136 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
6137 single instruction, but a sequence of instructions.
6138
6139 It is possible to request additional scratch registers for use in the
6140 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
6141 will simply not match.
6142
6143 @findex match_scratch
6144 @findex match_dup
6145 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
6146 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
6147 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
6148 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
6149 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
6150 at which the register must be available.
6151
6152 Here is an example from the IA-32 machine description:
6153
6154 @smallexample
6155 (define_peephole2
6156   [(match_scratch:SI 2 "r")
6157    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6158                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
6159                      [(match_dup 0)
6160                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
6161               (clobber (reg:CC 17))])]
6162   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
6163   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
6164    (parallel [(set (match_dup 0)
6165                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
6166               (clobber (reg:CC 17))])]
6167   "")
6168 @end smallexample
6169
6170 @noindent
6171 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
6172 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
6173 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
6174 to be live only at the point just before the arithmetic.
6175
6176 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
6177 so here's a silly made-up example:
6178
6179 @smallexample
6180 (define_peephole2
6181   [(match_scratch:SI 4 "r")
6182    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
6183    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
6184    (match_dup 4)
6185    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
6186   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
6187   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
6188    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
6189    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
6190    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
6191   "")
6192 @end smallexample
6193
6194 @noindent
6195 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
6196 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
6197 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
6198
6199 @end ifset
6200 @ifset INTERNALS
6201 @node Insn Attributes
6202 @section Instruction Attributes
6203 @cindex insn attributes
6204 @cindex instruction attributes
6205
6206 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
6207 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
6208 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
6209 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
6210 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
6211 to track the condition codes.
6212
6213 @menu
6214 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
6215 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
6216 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
6217 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
6218 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
6219 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
6220 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
6221 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
6222 @end menu
6223
6224 @end ifset
6225 @ifset INTERNALS
6226 @node Defining Attributes
6227 @subsection Defining Attributes and their Values
6228 @cindex defining attributes and their values
6229 @cindex attributes, defining
6230
6231 @findex define_attr
6232 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
6233 by the target machine.  It looks like:
6234
6235 @smallexample
6236 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
6237 @end smallexample
6238
6239 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
6240
6241 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
6242 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
6243 indicate that the attribute takes numeric values.
6244
6245 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
6246 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
6247 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
6248 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
6249 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
6250
6251 @findex insn-attr.h
6252 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
6253 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
6254 specified for an attribute, the following are defined:
6255
6256 @itemize @bullet
6257 @item
6258 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
6259
6260 @item
6261 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
6262 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
6263 the attribute name and value are first converted to uppercase.
6264
6265 @item
6266 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
6267 returns the attribute value for that insn.
6268 @end itemize
6269
6270 For example, if the following is present in the @file{md} file:
6271
6272 @smallexample
6273 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
6274 @end smallexample
6275
6276 @noindent
6277 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
6278
6279 @smallexample
6280 #define HAVE_ATTR_type
6281 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
6282                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
6283 extern enum attr_type get_attr_type ();
6284 @end smallexample
6285
6286 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
6287 defined and the function to obtain the attribute's value will return
6288 @code{int}.
6289
6290 @end ifset
6291 @ifset INTERNALS
6292 @node Expressions
6293 @subsection Attribute Expressions
6294 @cindex attribute expressions
6295
6296 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
6297 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
6298 Attribute value expressions must have one of the following forms:
6299
6300 @table @code
6301 @cindex @code{const_int} and attributes
6302 @item (const_int @var{i})
6303 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
6304 must be non-negative.
6305
6306 The value of a numeric attribute can be specified either with a
6307 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
6308 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
6309 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
6310 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
6311
6312 @cindex @code{const_string} and attributes
6313 @item (const_string @var{value})
6314 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
6315 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
6316 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
6317 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
6318 of a @code{define_attr}.
6319
6320 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
6321 must be a string containing a non-negative integer (normally
6322 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
6323 contain one of the valid values for the attribute.
6324
6325 @cindex @code{if_then_else} and attributes
6326 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
6327 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
6328 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
6329 otherwise it is @var{false-value}.
6330
6331 @cindex @code{cond} and attributes
6332 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
6333 The first operand of this expression is a vector containing an even
6334 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
6335 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
6336 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
6337 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
6338 expression is that of the @var{default} expression.
6339 @end table
6340
6341 @var{test} expressions can have one of the following forms:
6342
6343 @table @code
6344 @cindex @code{const_int} and attribute tests
6345 @item (const_int @var{i})
6346 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
6347
6348 @cindex @code{not} and attributes
6349 @cindex @code{ior} and attributes
6350 @cindex @code{and} and attributes
6351 @item (not @var{test})
6352 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
6353 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
6354 These tests are true if the indicated logical function is true.
6355
6356 @cindex @code{match_operand} and attributes
6357 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
6358 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
6359 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
6360 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
6361 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
6362 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
6363 string).
6364
6365 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
6366
6367 @cindex @code{le} and attributes
6368 @cindex @code{leu} and attributes
6369 @cindex @code{lt} and attributes
6370 @cindex @code{gt} and attributes
6371 @cindex @code{gtu} and attributes
6372 @cindex @code{ge} and attributes
6373 @cindex @code{geu} and attributes
6374 @cindex @code{ne} and attributes
6375 @cindex @code{eq} and attributes
6376 @cindex @code{plus} and attributes
6377 @cindex @code{minus} and attributes
6378 @cindex @code{mult} and attributes
6379 @cindex @code{div} and attributes
6380 @cindex @code{mod} and attributes
6381 @cindex @code{abs} and attributes
6382 @cindex @code{neg} and attributes
6383 @cindex @code{ashift} and attributes
6384 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
6385 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
6386 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
6387 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
6388 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
6389 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
6390 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
6391 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
6392 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
6393 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
6394 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
6395 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
6396 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
6397 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
6398 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
6399 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
6400 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
6401
6402 @findex get_attr
6403 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
6404 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
6405 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
6406 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
6407 variable.
6408
6409 @findex eq_attr
6410 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
6411 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
6412
6413 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
6414 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
6415 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
6416 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
6417 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
6418 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
6419 @emph{not} in the specified list.
6420
6421 For example,
6422
6423 @smallexample
6424 (eq_attr "type" "load,store")
6425 @end smallexample
6426
6427 @noindent
6428 is equivalent to
6429
6430 @smallexample
6431 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
6432 @end smallexample
6433
6434 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
6435 value of the compiler variable @code{which_alternative}
6436 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
6437 example,
6438
6439 @smallexample
6440 (eq_attr "alternative" "2,3")
6441 @end smallexample
6442
6443 @noindent
6444 is equivalent to
6445
6446 @smallexample
6447 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
6448      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
6449 @end smallexample
6450
6451 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
6452 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
6453 a particular pattern.  This is by far the most common case.
6454
6455 @findex attr_flag
6456 @item (attr_flag @var{name})
6457 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
6458 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
6459 scheduled.
6460
6461 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
6462 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
6463 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
6464 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
6465 if a conditional branch is expected to be taken.
6466
6467 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
6468 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
6469
6470 This example describes a conditional branch delay slot which
6471 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
6472 for backward branches which are not taken (annul-false).
6473
6474 @smallexample
6475 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
6476   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
6477    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
6478         (attr_flag "forward"))
6479    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
6480         (attr_flag "backward"))])
6481 @end smallexample
6482
6483 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
6484 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6485
6486 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
6487 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6488 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
6489 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6490
6491 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
6492 meaning to other passes of the compiler.
6493
6494 @findex attr
6495 @item (attr @var{name})
6496 The value of another attribute is returned.  This is most useful
6497 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
6498 produce more efficient code for non-numeric attributes.
6499 @end table
6500
6501 @end ifset
6502 @ifset INTERNALS
6503 @node Tagging Insns
6504 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
6505 @cindex tagging insns
6506 @cindex assigning attribute values to insns
6507
6508 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
6509 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
6510 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
6511 have an optional last argument to specify the values of attributes for
6512 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
6513 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
6514 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
6515 permits the specification of the values for only one or two attributes
6516 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
6517 next section.
6518
6519 The optional last argument of @code{define_insn} and
6520 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
6521 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
6522 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
6523 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
6524 second operand of the @code{set} is an attribute expression
6525 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
6526
6527 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
6528 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
6529 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
6530 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
6531 each alternative.
6532
6533 @findex set_attr
6534 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
6535 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
6536 specifying a string giving either a single attribute value or a list
6537 of attribute values, one for each alternative.
6538
6539 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
6540 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
6541
6542 @table @code
6543 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
6544 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
6545 or a string containing a comma-separated list giving the values for
6546 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
6547 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
6548
6549 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
6550 which case the attribute will assume its default value for insns matching
6551 that alternative.
6552
6553 @findex set_attr_alternative
6554 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
6555 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
6556 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
6557 tests on the @samp{alternative} attribute.
6558
6559 @findex attr
6560 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
6561 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
6562 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
6563 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
6564 @end table
6565
6566 The following shows three different ways of representing the same
6567 attribute value specification:
6568
6569 @smallexample
6570 (set_attr "type" "load,store,arith")
6571
6572 (set_attr_alternative "type"
6573                       [(const_string "load") (const_string "store")
6574                        (const_string "arith")])
6575
6576 (set (attr "type")
6577      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
6578             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
6579            (const_string "arith")))
6580 @end smallexample
6581
6582 @need 1000
6583 @findex define_asm_attributes
6584 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
6585 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
6586 statement.  It has the form:
6587
6588 @smallexample
6589 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
6590 @end smallexample
6591
6592 @noindent
6593 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
6594 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
6595
6596 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
6597 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
6598
6599 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
6600 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
6601 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
6602 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
6603 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
6604 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
6605 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
6606 of a single machine instruction.
6607
6608 @end ifset
6609 @ifset INTERNALS
6610 @node Attr Example
6611 @subsection Example of Attribute Specifications
6612 @cindex attribute specifications example
6613 @cindex attribute specifications
6614
6615 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
6616 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
6617 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
6618 value.  This attribute is normally used only to define the default value
6619 for other attributes.  An example will clarify this usage.
6620
6621 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
6622 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
6623 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
6624 operations, floating point operations, and branches.
6625
6626 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
6627 the condition code and will limit ourselves to the following possible
6628 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
6629 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
6630 changed if the item previously set into the condition code has been
6631 modified.
6632
6633 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
6634
6635 @smallexample
6636 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
6637
6638 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
6639              (cond [(eq_attr "type" "load")
6640                         (const_string "change0")
6641                     (eq_attr "type" "store,branch")
6642                         (const_string "unchanged")
6643                     (eq_attr "type" "arith")
6644                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
6645                                       (const_string "set")
6646                                       (const_string "clobber"))]
6647                    (const_string "clobber")))
6648
6649 (define_insn ""
6650   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
6651         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
6652   ""
6653   "@@
6654    move %0,%1
6655    load %0,%1
6656    store %0,%1"
6657   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
6658 @end smallexample
6659
6660 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
6661 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
6662 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
6663 full-word result.
6664
6665 @end ifset
6666 @ifset INTERNALS
6667 @node Insn Lengths
6668 @subsection Computing the Length of an Insn
6669 @cindex insn lengths, computing
6670 @cindex computing the length of an insn
6671
6672 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
6673 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
6674 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
6675 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
6676 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
6677 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
6678
6679 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
6680 arithmetic terms are allowed in test expressions:
6681
6682 @table @code
6683 @cindex @code{match_dup} and attributes
6684 @item (match_dup @var{n})
6685 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
6686 must be a @code{label_ref}.
6687
6688 @cindex @code{pc} and attributes
6689 @item (pc)
6690 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
6691 been more consistent with other usage to make this the address of the
6692 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
6693 current insn is to be computed.
6694 @end table
6695
6696 @cindex @code{addr_vec}, length of
6697 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
6698 For normal insns, the length will be determined by value of the
6699 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
6700 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
6701 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
6702
6703 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
6704
6705 The following macros can be used to refine the length computation:
6706
6707 @table @code
6708 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
6709 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
6710 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
6711 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
6712 that contains the initially computed length of the insn and should be
6713 updated with the correct length of the insn.
6714
6715 This macro will normally not be required.  A case in which it is
6716 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
6717 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
6718 may be required.
6719 @end table
6720
6721 @findex get_attr_length
6722 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
6723 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
6724 determine the form of the branch instruction to be written, as the
6725 example below illustrates.
6726
6727 As an example of the specification of variable-length branches, consider
6728 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
6729 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
6730 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
6731 sequence to load the address from memory and then branch to it.
6732
6733 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
6734 as follows:
6735
6736 @smallexample
6737 (define_insn "jump"
6738   [(set (pc)
6739         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
6740   ""
6741 @{
6742    return (get_attr_length (insn) == 4
6743            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
6744 @}
6745   [(set (attr "length")
6746         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
6747                       (const_int 4)
6748                       (const_int 6)))])
6749 @end smallexample
6750
6751 @end ifset
6752 @ifset INTERNALS
6753 @node Constant Attributes
6754 @subsection Constant Attributes
6755 @cindex constant attributes
6756
6757 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
6758 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
6759 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
6760 used to specify which variety of processor is used.  For example,
6761
6762 @smallexample
6763 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
6764  (const
6765   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
6766          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
6767         (const_string "m88000"))))
6768
6769 (define_attr "memory" "fast,slow"
6770  (const
6771   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
6772                 (const_string "fast")
6773                 (const_string "slow"))))
6774 @end smallexample
6775
6776 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
6777 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
6778 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
6779 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
6780 forms involving insn attributes.
6781
6782 @end ifset
6783 @ifset INTERNALS
6784 @node Delay Slots
6785 @subsection Delay Slot Scheduling
6786 @cindex delay slots, defining
6787
6788 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
6789 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
6790 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
6791 after the instruction are executed as if they were located before it.
6792 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
6793 the following instruction before the branch or call is performed.
6794
6795 On some machines, conditional branch instructions can optionally
6796 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
6797 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
6798 instructions that annul if the branch is true and instructions that
6799 annul if the branch is false are supported.
6800
6801 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
6802 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
6803 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
6804 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
6805 instruction scheduling.
6806
6807 @findex define_delay
6808 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
6809 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
6810
6811 @smallexample
6812 (define_delay @var{test}
6813               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
6814                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
6815                @dots{}])
6816 @end smallexample
6817
6818 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
6819 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
6820 required delay slots is determined by the length of the vector specified
6821 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
6822 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
6823 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
6824 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
6825 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
6826 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
6827
6828 For example, in the common case where branch and call insns require
6829 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
6830 call, the following would be placed in the @file{md} file:
6831
6832 @smallexample
6833 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
6834               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
6835 @end smallexample
6836
6837 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
6838 case, each such expression specifies different delay slot requirements
6839 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
6840 expressions are both true.
6841
6842 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
6843 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
6844 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
6845 branch is true, we might represent this as follows:
6846
6847 @smallexample
6848 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
6849    [(eq_attr "type" "!branch,call")
6850     (eq_attr "type" "!branch,call")
6851     (nil)])
6852
6853 (define_delay (eq_attr "type" "call")
6854               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
6855                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
6856 @end smallexample
6857 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
6858
6859 @end ifset
6860 @ifset INTERNALS
6861 @node Processor pipeline description
6862 @subsection Specifying processor pipeline description
6863 @cindex processor pipeline description
6864 @cindex processor functional units
6865 @cindex instruction latency time
6866 @cindex interlock delays
6867 @cindex data dependence delays
6868 @cindex reservation delays
6869 @cindex pipeline hazard recognizer
6870 @cindex automaton based pipeline description
6871 @cindex regular expressions
6872 @cindex deterministic finite state automaton
6873 @cindex automaton based scheduler
6874 @cindex RISC
6875 @cindex VLIW
6876
6877 To achieve better performance, most modern processors
6878 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
6879 processors) have many @dfn{functional units} on which several
6880 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
6881 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
6882 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
6883 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
6884 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
6885 MIPS processors).
6886
6887 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
6888 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
6889 latency time}.  The instruction execution is not started until all
6890 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
6891 complex cases when the instruction execution starts even when the data
6892 are not available but will be ready in given time after the
6893 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
6894 account is simple.  The data dependence (true, output, and
6895 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
6896 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
6897 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
6898 means that two instructions under execution will be in need of shared
6899 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
6900 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
6901 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
6902 processors.
6903
6904 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
6905 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
6906 instruction scheduler has to have an adequate description of the
6907 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
6908 machine descriptions describe processor parallelism and functional
6909 unit reservations for groups of instructions with the aid of
6910 @dfn{regular expressions}.
6911
6912 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
6913 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
6914 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
6915 automatically generated from the processor pipeline description.  The
6916 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
6917 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
6918 the instruction issue is possible if there is a transition from one
6919 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
6920 furthermore, its speed is not dependent on processor
6921 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
6922   processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
6923   can split orthogonal parts of the machine description among several
6924   automata: but then, since each of these must be stepped independently,
6925   this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
6926
6927 @cindex automaton based pipeline description
6928 The rest of this section describes the directives that constitute
6929 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
6930 these constructions within the machine description file is not
6931 important.
6932
6933 @findex define_automaton
6934 @cindex pipeline hazard recognizer
6935 The following optional construction describes names of automata
6936 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
6937 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
6938 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
6939 units to the automata, the total size of the automata is usually
6940 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
6941 construction, only one finite state automaton is generated.
6942
6943 @smallexample
6944 (define_automaton @var{automata-names})
6945 @end smallexample
6946
6947 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
6948 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
6949 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
6950 @code{define_query_cpu_unit}.
6951
6952 @findex define_cpu_unit
6953 @cindex processor functional units
6954 Each processor functional unit used in the description of instruction
6955 reservations should be described by the following construction.
6956
6957 @smallexample
6958 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
6959 @end smallexample
6960
6961 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
6962 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
6963 for other goals.
6964
6965 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
6966 which the unit is bound.  The automaton should be described in
6967 construction @code{define_automaton}.  You should give
6968 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
6969
6970 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
6971 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
6972 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
6973 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
6974 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
6975 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
6976 description of the subsequent constructions.
6977
6978 @findex define_query_cpu_unit
6979 @cindex querying function unit reservations
6980 The following construction describes CPU functional units analogously
6981 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
6982 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
6983 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
6984 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
6985 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
6986 @acronym{VLIW} insn templates).
6987
6988 @smallexample
6989 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
6990 @end smallexample
6991
6992 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
6993 separated by commas.
6994
6995 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
6996 which the unit is bound.
6997
6998 @findex define_insn_reservation
6999 @cindex instruction latency time
7000 @cindex regular expressions
7001 @cindex data bypass
7002 The following construction is the major one to describe pipeline
7003 characteristics of an instruction.
7004
7005 @smallexample
7006 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
7007                          @var{condition} @var{regexp})
7008 @end smallexample
7009
7010 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
7011 instruction.  There is an important difference between the old
7012 description and the automaton based pipeline description.  The latency
7013 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
7014 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
7015 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
7016 zero and the cost of output dependencies is the difference between
7017 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
7018 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
7019 change the default costs for any description by using the target hook
7020 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
7021
7022 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
7023 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
7024 the automaton description file generated for debugging.  The internal
7025 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
7026 good practice to use insn classes described in the processor manual.
7027
7028 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
7029 construction.  You should remember that you will be in trouble if
7030 @var{condition} for two or more different
7031 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
7032 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
7033 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
7034 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
7035 the same value is quite difficult (especially if the conditions
7036 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
7037 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
7038 recognizer considerably.
7039
7040 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
7041 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
7042 expression according to the following syntax:
7043
7044 @smallexample
7045        regexp = regexp "," oneof
7046               | oneof
7047
7048        oneof = oneof "|" allof
7049              | allof
7050
7051        allof = allof "+" repeat
7052              | repeat
7053
7054        repeat = element "*" number
7055               | element
7056
7057        element = cpu_function_unit_name
7058                | reservation_name
7059                | result_name
7060                | "nothing"
7061                | "(" regexp ")"
7062 @end smallexample
7063
7064 @itemize @bullet
7065 @item
7066 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
7067 the reservation.
7068
7069 @item
7070 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
7071 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
7072 regular expression @strong{or} etc.
7073
7074 @item
7075 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
7076 regular expression @strong{and} a reservation described by the
7077 second regular expression @strong{and} etc.
7078
7079 @item
7080 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
7081 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
7082 advancing (see @samp{,}).
7083
7084 @item
7085 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
7086 functional unit.
7087
7088 @item
7089 @samp{reservation_name} --- see description of construction
7090 @samp{define_reservation}.
7091
7092 @item
7093 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
7094 @end itemize
7095
7096 @findex define_reservation
7097 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
7098 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
7099 the common part by the following construction
7100
7101 @smallexample
7102 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
7103 @end smallexample
7104
7105 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
7106 Functional unit names and reservation names are in the same name
7107 space.  So the reservation names should be different from the
7108 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
7109
7110 @findex define_bypass
7111 @cindex instruction latency time
7112 @cindex data bypass
7113 The following construction is used to describe exceptions in the
7114 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
7115
7116 @smallexample
7117 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
7118                [@var{guard}])
7119 @end smallexample
7120
7121 @var{number} defines when the result generated by the instructions
7122 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
7123 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
7124 the string are separated by commas.
7125
7126 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
7127 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
7128 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
7129 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
7130 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
7131 of insn @samp{store} (not a stored value).
7132
7133 @findex exclusion_set
7134 @findex presence_set
7135 @findex final_presence_set
7136 @findex absence_set
7137 @findex final_absence_set
7138 @cindex VLIW
7139 @cindex RISC
7140 The following five constructions are usually used to describe
7141 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
7142 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
7143 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
7144
7145 @smallexample
7146 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
7147 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7148 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7149 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7150 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7151 @end smallexample
7152
7153 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
7154 separated by commas.
7155
7156 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
7157 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
7158 separated by white-spaces.
7159
7160 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
7161 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
7162 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
7163 example, the construction is useful for describing processors
7164 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
7165 functional unit which can execute simultaneously only single floating
7166 point insns or only double floating point insns.
7167
7168 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
7169 functional unit in the first string can not be reserved unless at
7170 least one of pattern of units whose names are in the second string is
7171 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
7172 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
7173 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
7174 construction
7175
7176 @smallexample
7177 (presence_set "slot1" "slot0")
7178 @end smallexample
7179
7180 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7181 reservation.  In this case we could write
7182
7183 @smallexample
7184 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
7185 @end smallexample
7186
7187 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
7188 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
7189 done.  When an instruction is issued in given automaton state
7190 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
7191 state is changed.  The first state is a source state, the second one
7192 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
7193 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
7194 done on the result reservation.  This construction is useful to
7195 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
7196 For example, if we use
7197
7198 @smallexample
7199 (presence_set "slot1" "slot0")
7200 @end smallexample
7201
7202 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
7203 @samp{slot0} which is absent in the source state).
7204
7205 @smallexample
7206 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
7207 @end smallexample
7208
7209 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
7210
7211 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
7212 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
7213 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
7214 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
7215 this one but it is symmetric).  For example it might be useful in a 
7216 @acronym{VLIW} description to say that @samp{slot0} cannot be reserved
7217 after either @samp{slot1} or @samp{slot2} have been reserved.  This
7218 can be described as:
7219
7220 @smallexample
7221 (absence_set "slot0" "slot1, slot2")
7222 @end smallexample
7223
7224 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7225 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
7226 this case we could write
7227
7228 @smallexample
7229 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
7230 @end smallexample
7231
7232 All functional units mentioned in a set should belong to the same
7233 automaton.
7234
7235 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
7236 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
7237 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
7238
7239 @findex automata_option
7240 @cindex deterministic finite state automaton
7241 @cindex nondeterministic finite state automaton
7242 @cindex finite state automaton minimization
7243 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
7244 the following construction.
7245
7246 @smallexample
7247 (automata_option @var{options})
7248 @end smallexample
7249
7250 @var{options} is a string giving options which affect the generated
7251 code.  Currently there are the following options:
7252
7253 @itemize @bullet
7254 @item
7255 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
7256 only worth to do when we are debugging the description and need to
7257 look more accurately at reservations of states.
7258
7259 @item
7260 @dfn{time} means printing time statistics about the generation of
7261 automata.
7262
7263 @item
7264 @dfn{stats} means printing statistics about the generated automata
7265 such as the number of DFA states, NDFA states and arcs.
7266
7267 @item
7268 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
7269 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
7270 verification and debugging.
7271
7272 @item
7273 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
7274 non-critical errors.
7275
7276 @item
7277 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
7278 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
7279 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
7280 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
7281 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
7282 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
7283
7284 @item
7285 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
7286 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
7287 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
7288 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
7289 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
7290 huge automaton.
7291 @end itemize
7292
7293 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
7294 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
7295 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
7296 the following functional units.
7297
7298 @smallexample
7299 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
7300 (define_cpu_unit "port0, port1")
7301 @end smallexample
7302
7303 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
7304 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
7305 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
7306 are issued into the second pipeline.  Integer division and
7307 multiplication insns can be executed only in the second integer
7308 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
7309 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
7310 integer division insn can not be issued until the current division
7311 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
7312 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
7313 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
7314 incurred.  To describe all of this we could specify
7315
7316 @smallexample
7317 (define_cpu_unit "div")
7318
7319 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7320                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
7321
7322 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
7323                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
7324
7325 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
7326                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
7327
7328 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
7329                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
7330
7331 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
7332 @end smallexample
7333
7334 To simplify the description we could describe the following reservation
7335
7336 @smallexample
7337 (define_reservation "finish" "port0|port1")
7338 @end smallexample
7339
7340 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
7341 construction
7342
7343 @smallexample
7344 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7345                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
7346 @end smallexample
7347
7348
7349 @end ifset
7350 @ifset INTERNALS
7351 @node Conditional Execution
7352 @section Conditional Execution
7353 @cindex conditional execution
7354 @cindex predication
7355
7356 A number of architectures provide for some form of conditional
7357 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
7358 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
7359 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
7360 can be quite tedious to describe these forms directly in the
7361 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
7362
7363 @findex define_cond_exec
7364 @smallexample
7365 (define_cond_exec
7366   [@var{predicate-pattern}]
7367   "@var{condition}"
7368   "@var{output-template}")
7369 @end smallexample
7370
7371 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
7372 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
7373 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
7374 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
7375 alternative.
7376
7377 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
7378 pattern to match.
7379
7380 @findex current_insn_predicate
7381 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
7382 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
7383 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
7384 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
7385 In order to handle the general case, there is a global variable
7386 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
7387 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
7388
7389 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
7390 the @code{predicable} instruction attribute is made.
7391 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
7392 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
7393 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
7394 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
7395 alternative or anything else.
7396
7397 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
7398 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
7399 generated that matches a predicated version of the instruction.
7400 For example,
7401
7402 @smallexample
7403 (define_insn "addsi"
7404   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
7405         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
7406                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
7407   "@var{test1}"
7408   "add %2,%1,%0")
7409
7410 (define_cond_exec
7411   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
7412        (const_int 0))]
7413   "@var{test2}"
7414   "(%0)")
7415 @end smallexample
7416
7417 @noindent
7418 generates a new pattern
7419
7420 @smallexample
7421 (define_insn ""
7422   [(cond_exec
7423      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
7424      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
7425           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
7426                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
7427   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
7428   "(%3) add %2,%1,%0")
7429 @end smallexample
7430
7431 @end ifset
7432 @ifset INTERNALS
7433 @node Constant Definitions
7434 @section Constant Definitions
7435 @cindex constant definitions
7436 @findex define_constants
7437
7438 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
7439 can be a maintenance problem.
7440
7441 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
7442 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
7443 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
7444 if the corresponding value had been written instead.  You may use
7445 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
7446 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
7447 a different value.
7448
7449 To come back to the a29k load multiple example, instead of
7450
7451 @smallexample
7452 (define_insn ""
7453   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
7454      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
7455            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
7456       (use (reg:SI 179))
7457       (clobber (reg:SI 179))])]
7458   ""
7459   "loadm 0,0,%1,%2")
7460 @end smallexample
7461
7462 You could write:
7463
7464 @smallexample
7465 (define_constants [
7466     (R_BP 177)
7467     (R_FC 178)
7468     (R_CR 179)
7469     (R_Q  180)
7470 ])
7471
7472 (define_insn ""
7473   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
7474      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
7475            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
7476       (use (reg:SI R_CR))
7477       (clobber (reg:SI R_CR))])]
7478   ""
7479   "loadm 0,0,%1,%2")
7480 @end smallexample
7481
7482 The constants that are defined with a define_constant are also output
7483 in the insn-codes.h header file as #defines.
7484 @end ifset
7485 @ifset INTERNALS
7486 @node Macros
7487 @section Macros
7488 @cindex macros in @file{.md} files
7489
7490 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
7491 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple macro
7492 facilities to make this process easier.
7493
7494 @menu
7495 * Mode Macros::         Generating variations of patterns for different modes.
7496 * Code Macros::         Doing the same for codes.
7497 @end menu
7498
7499 @node Mode Macros
7500 @subsection Mode Macros
7501 @cindex mode macros in @file{.md} files
7502
7503 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
7504 For example:
7505
7506 @itemize @bullet
7507 @item
7508 If a processor has hardware support for both single and double
7509 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
7510 very similar to the @code{DFmode} ones.
7511
7512 @item
7513 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
7514 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
7515 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
7516 @end itemize
7517
7518 Mode macros allow several patterns to be instantiated from one
7519 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
7520 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
7521 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
7522
7523 @menu
7524 * Defining Mode Macros:: Defining a new mode macro.
7525 * Substitutions::        Combining mode macros with substitutions
7526 * Examples::             Examples
7527 @end menu
7528
7529 @node Defining Mode Macros
7530 @subsubsection Defining Mode Macros
7531 @findex define_mode_macro
7532
7533 The syntax for defining a mode macro is:
7534
7535 @smallexample
7536 (define_mode_macro @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") ... (@var{moden} "@var{condn}")])
7537 @end smallexample
7538
7539 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
7540 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
7541 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
7542 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
7543 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
7544 C condition will also require that @var{condi} be true.
7545
7546 For example:
7547
7548 @smallexample
7549 (define_mode_macro P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
7550 @end smallexample
7551
7552 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
7553 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
7554 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
7555 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
7556 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
7557
7558 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
7559 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
7560 to @code{@var{mode}}.  For example:
7561
7562 @smallexample
7563 (define_mode_macro GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
7564 @end smallexample
7565
7566 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
7567 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
7568
7569 Macros are applied in the order they are defined.  This can be
7570 significant if two macros are used in a construct that requires
7571 substitutions.  @xref{Substitutions}.
7572
7573 @node Substitutions
7574 @subsubsection Substitution in Mode Macros
7575 @findex define_mode_attr
7576
7577 If an @file{.md} file construct uses mode macros, each version of the
7578 construct will often need slightly different strings or modes.  For
7579 example:
7580
7581 @itemize @bullet
7582 @item
7583 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
7584 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
7585 appropriate mode name for @var{m}.
7586
7587 @item
7588 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
7589 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
7590
7591 @item
7592 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
7593 using a macro for one of the operand modes usually requires a specific
7594 mode for the other operand(s).
7595 @end itemize
7596
7597 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
7598 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
7599 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
7600 upper case.  You can define other attributes using:
7601
7602 @smallexample
7603 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") ... (@var{moden} "@var{valuen}")])
7604 @end smallexample
7605
7606 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
7607 is the value associated with @var{modei}.
7608
7609 When GCC replaces some @var{:macro} with @var{:mode}, it will scan
7610 each string and mode in the pattern for sequences of the form
7611 @code{<@var{macro}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
7612 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
7613 @code{<...>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
7614 value.
7615
7616 For example, suppose an @file{.md} file has:
7617
7618 @smallexample
7619 (define_mode_macro P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
7620 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
7621 @end smallexample
7622
7623 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
7624 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
7625 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
7626 @code{"ld\t%0,%1"}.
7627
7628 Here is an example of using an attribute for a mode:
7629
7630 @smallexample
7631 (define_mode_macro LONG [SI DI])
7632 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
7633 (define_insn ...
7634   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> ...)) ...)
7635 @end smallexample
7636
7637 The @code{@var{macro}:} prefix may be omitted, in which case the
7638 substitution will be attempted for every macro expansion.
7639
7640 @node Examples
7641 @subsubsection Mode Macro Examples
7642
7643 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
7644 modes and attributes (among others):
7645
7646 @smallexample
7647 (define_mode_macro GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
7648 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
7649 @end smallexample
7650
7651 and uses the following template to define both @code{subsi3}
7652 and @code{subdi3}:
7653
7654 @smallexample
7655 (define_insn "sub<mode>3"
7656   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
7657         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
7658                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
7659   ""
7660   "<d>subu\t%0,%1,%2"
7661   [(set_attr "type" "arith")
7662    (set_attr "mode" "<MODE>")])
7663 @end smallexample
7664
7665 This is exactly equivalent to:
7666
7667 @smallexample
7668 (define_insn "subsi3"
7669   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
7670         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
7671                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
7672   ""
7673   "subu\t%0,%1,%2"
7674   [(set_attr "type" "arith")
7675    (set_attr "mode" "SI")])
7676
7677 (define_insn "subdi3"
7678   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
7679         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
7680                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
7681   ""
7682   "dsubu\t%0,%1,%2"
7683   [(set_attr "type" "arith")
7684    (set_attr "mode" "DI")])
7685 @end smallexample
7686
7687 @node Code Macros
7688 @subsection Code Macros
7689 @cindex code macros in @file{.md} files
7690 @findex define_code_macro
7691 @findex define_code_attr
7692
7693 Code macros operate in a similar way to mode macros.  @xref{Mode Macros}.
7694
7695 The construct:
7696
7697 @smallexample
7698 (define_code_macro @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") ... (@var{coden} "@var{condn}")])
7699 @end smallexample
7700
7701 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
7702 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
7703 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
7704
7705 As with mode macros, each pattern that uses @var{name} will be
7706 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
7707 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
7708 @xref{Defining Mode Macros}.
7709
7710 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
7711 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
7712 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
7713 Other attributes are defined using:
7714
7715 @smallexample
7716 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") ... (@var{coden} "@var{valuen}")])
7717 @end smallexample
7718
7719 Here's an example of code macros in action, taken from the MIPS port:
7720
7721 @smallexample
7722 (define_code_macro any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
7723                              eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
7724
7725 (define_expand "b<code>"
7726   [(set (pc)
7727         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
7728                                    (const_int 0))
7729                       (label_ref (match_operand 0 ""))
7730                       (pc)))]
7731   ""
7732 @{
7733   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
7734   DONE;
7735 @})
7736 @end smallexample
7737
7738 This is equivalent to:
7739
7740 @smallexample
7741 (define_expand "bunordered"
7742   [(set (pc)
7743         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
7744                                     (const_int 0))
7745                       (label_ref (match_operand 0 ""))
7746                       (pc)))]
7747   ""
7748 @{
7749   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
7750   DONE;
7751 @})
7752
7753 (define_expand "bordered"
7754   [(set (pc)
7755         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
7756                                   (const_int 0))
7757                       (label_ref (match_operand 0 ""))
7758                       (pc)))]
7759   ""
7760 @{
7761   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
7762   DONE;
7763 @})
7764
7765 ...
7766 @end smallexample
7767
7768 @end ifset