OSDN Git Service

r110130@banpei: zack | 2006-01-22 14:52:43 -0800
[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 @end menu
1055 @end ifset
1056
1057 @ifclear INTERNALS
1058 @menu
1059 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1060 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1061 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1062 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1063 @end menu
1064 @end ifclear
1065
1066 @node Simple Constraints
1067 @subsection Simple Constraints
1068 @cindex simple constraints
1069
1070 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1071 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1072 the letters that are allowed:
1073
1074 @table @asis
1075 @item whitespace
1076 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1077 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1078 be visually aligned in the machine description even if they have different
1079 number of constraints and modifiers.
1080
1081 @cindex @samp{m} in constraint
1082 @cindex memory references in constraints
1083 @item @samp{m}
1084 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1085 supports in general.
1086
1087 @cindex offsettable address
1088 @cindex @samp{o} in constraint
1089 @item @samp{o}
1090 A memory operand is allowed, but only if the address is
1091 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1092 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1093 may be added to the address and the result is also a valid memory
1094 address.
1095
1096 @cindex autoincrement/decrement addressing
1097 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1098 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1099 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1100 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1101 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1102 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1103 addressing modes that the machine supports.
1104
1105 Note that in an output operand which can be matched by another
1106 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1107 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1108 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1109
1110 @cindex @samp{V} in constraint
1111 @item @samp{V}
1112 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1113 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1114
1115 @cindex @samp{<} in constraint
1116 @item @samp{<}
1117 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1118 postdecrement) is allowed.
1119
1120 @cindex @samp{>} in constraint
1121 @item @samp{>}
1122 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1123 postincrement) is allowed.
1124
1125 @cindex @samp{r} in constraint
1126 @cindex registers in constraints
1127 @item @samp{r}
1128 A register operand is allowed provided that it is in a general
1129 register.
1130
1131 @cindex constants in constraints
1132 @cindex @samp{i} in constraint
1133 @item @samp{i}
1134 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1135 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1136 assembly time or later.
1137
1138 @cindex @samp{n} in constraint
1139 @item @samp{n}
1140 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1141 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1142 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1143 rather than @samp{i}.
1144
1145 @cindex @samp{I} in constraint
1146 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1147 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1148 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1149 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1150 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1151 This is the range permitted as a shift count in the shift
1152 instructions.
1153
1154 @cindex @samp{E} in constraint
1155 @item @samp{E}
1156 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1157 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1158 that of the host machine (on which the compiler is running).
1159
1160 @cindex @samp{F} in constraint
1161 @item @samp{F}
1162 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1163 @code{const_vector}) is allowed.
1164
1165 @cindex @samp{G} in constraint
1166 @cindex @samp{H} in constraint
1167 @item @samp{G}, @samp{H}
1168 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1169 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1170
1171 @cindex @samp{s} in constraint
1172 @item @samp{s}
1173 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1174 allowed.
1175
1176 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1177 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1178 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1179 better code to be generated.
1180
1181 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1182 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1183 and 127, better code results from loading the value into a register and
1184 using the register.  This is because the load into the register can be
1185 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1186 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1187 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1188 constraints.
1189
1190 @cindex @samp{g} in constraint
1191 @item @samp{g}
1192 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1193 registers that are not general registers.
1194
1195 @cindex @samp{X} in constraint
1196 @item @samp{X}
1197 @ifset INTERNALS
1198 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1199 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1200 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1201 require a scratch register.
1202 @end ifset
1203 @ifclear INTERNALS
1204 Any operand whatsoever is allowed.
1205 @end ifclear
1206
1207 @cindex @samp{0} in constraint
1208 @cindex digits in constraint
1209 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1210 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1211 digit is used together with letters within the same alternative, the
1212 digit should come last.
1213
1214 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1215 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1216 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1217 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1218 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1219 can use multiple alternatives instead.
1220
1221 @cindex matching constraint
1222 @cindex constraint, matching
1223 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1224 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1225 @ifset INTERNALS
1226 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1227 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1228 @end ifset
1229 @ifclear INTERNALS
1230 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1231 two input operands and an output operand, but on most CISC
1232 @end ifclear
1233 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1234 input-output operand:
1235
1236 @smallexample
1237 addl #35,r12
1238 @end smallexample
1239
1240 Matching constraints are used in these circumstances.
1241 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1242 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1243 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1244 constraint.
1245
1246 @ifset INTERNALS
1247 For operands to match in a particular case usually means that they
1248 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1249 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1250 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1251 For proper results in such cases, the output template should always
1252 use the output-operand's number when printing the operand.
1253 @end ifset
1254
1255 @cindex load address instruction
1256 @cindex push address instruction
1257 @cindex address constraints
1258 @cindex @samp{p} in constraint
1259 @item @samp{p}
1260 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1261 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1262
1263 @findex address_operand
1264 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1265 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1266 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1267 reference for which the address would be valid.
1268
1269 @cindex other register constraints
1270 @cindex extensible constraints
1271 @item @var{other-letters}
1272 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1273 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1274 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1275 for data, address and floating point registers.
1276
1277 @ifset INTERNALS
1278 The machine description macro @code{REG_CLASS_FROM_LETTER} has first
1279 cut at the otherwise unused letters.  If it evaluates to @code{NO_REGS},
1280 then @code{EXTRA_CONSTRAINT} is evaluated.
1281
1282 A typical use for @code{EXTRA_CONSTRAINT} would be to distinguish certain
1283 types of memory references that affect other insn operands.
1284 @end ifset
1285 @end table
1286
1287 @ifset INTERNALS
1288 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1289 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1290 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1291 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1292 done by copying an operand into a register.
1293
1294 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1295
1296 @smallexample
1297 (define_insn ""
1298   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1299         (plus:SI (match_dup 0)
1300                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1301   ""
1302   "@dots{}")
1303 @end smallexample
1304
1305 @noindent
1306 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1307
1308 @smallexample
1309 (define_insn ""
1310   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1311         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1312                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1313   ""
1314   "@dots{}")
1315 @end smallexample
1316
1317 @noindent
1318 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1319 identical.  If we are considering an insn of the form
1320
1321 @smallexample
1322 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1323   (set (reg:SI 3)
1324        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1325   @dots{})
1326 @end smallexample
1327
1328 @noindent
1329 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1330 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1331 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns''.
1332 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1333 is something wrong with it''.  It would direct the reload pass of the
1334 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1335 results might look like this:
1336
1337 @smallexample
1338 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1339   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1340   @dots{})
1341
1342 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1343   (set (reg:SI 3)
1344        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1345   @dots{})
1346 @end smallexample
1347
1348 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1349 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1350 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1351 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1352 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1353 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1354 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1355 reloading any possible operand so that it will fit.
1356
1357 @itemize @bullet
1358 @item
1359 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1360 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1361
1362 For example, an operand whose constraints permit everything except
1363 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1364
1365 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1366 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1367 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1368 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1369 more selective.
1370
1371 @item
1372 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1373 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1374 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1375 compiler knows how to copy a register into another register of the
1376 proper class in order to make an instruction valid.
1377
1378 @cindex nonoffsettable memory reference
1379 @cindex memory reference, nonoffsettable
1380 @item
1381 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1382 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1383 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1384
1385 @item
1386 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1387 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1388 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1389 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1390
1391 @item
1392 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1393 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1394 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1395 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1396 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1397 objects allowed by the constraint.
1398 @end itemize
1399
1400 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1401 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1402 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1403 how to copy a register temporarily into memory.
1404
1405 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1406 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1407 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1408 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1409 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1410 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1411 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1412 @code{sign_extend}.
1413 @end ifset
1414
1415 @node Multi-Alternative
1416 @subsection Multiple Alternative Constraints
1417 @cindex multiple alternative constraints
1418
1419 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1420 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1421 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1422 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1423 another.
1424
1425 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1426 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1427 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1428 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1429 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1430 @ifset INTERNALS
1431 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1432
1433 @smallexample
1434 (define_insn "iorsi3"
1435   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1436         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1437                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1438   @dots{})
1439 @end smallexample
1440
1441 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1442 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1443 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1444 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1445 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1446 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1447 @end ifset
1448
1449 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1450 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1451 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1452 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1453 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1454 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1455 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1456
1457 @table @code
1458 @cindex @samp{?} in constraint
1459 @cindex question mark
1460 @item ?
1461 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1462 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1463 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1464 in it.
1465
1466 @cindex @samp{!} in constraint
1467 @cindex exclamation point
1468 @item !
1469 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1470 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1471 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1472 @end table
1473
1474 @ifset INTERNALS
1475 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1476 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1477 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1478 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1479 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1480 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1481 @end ifset
1482
1483 @ifset INTERNALS
1484 @node Class Preferences
1485 @subsection Register Class Preferences
1486 @cindex class preference constraints
1487 @cindex register class preference constraints
1488
1489 @cindex voting between constraint alternatives
1490 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1491 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1492 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1493 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1494 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1495 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1496 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1497 favor of a general register.  The machine description says which registers
1498 are considered general.
1499
1500 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1501 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1502 @end ifset
1503
1504 @node Modifiers
1505 @subsection Constraint Modifier Characters
1506 @cindex modifiers in constraints
1507 @cindex constraint modifier characters
1508
1509 @c prevent bad page break with this line
1510 Here are constraint modifier characters.
1511
1512 @table @samp
1513 @cindex @samp{=} in constraint
1514 @item =
1515 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1516 value is discarded and replaced by output data.
1517
1518 @cindex @samp{+} in constraint
1519 @item +
1520 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1521
1522 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1523 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1524 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1525 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1526 are assumed to be input only.
1527
1528 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1529 first character of the constraint string.
1530
1531 @cindex @samp{&} in constraint
1532 @cindex earlyclobber operand
1533 @item &
1534 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1535 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1536 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1537 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1538 address.
1539
1540 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1541 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1542 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1543 @samp{movdf} insn of the 68000.
1544
1545 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1546 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1547 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1548 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1549 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1550
1551 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1552
1553 @cindex @samp{%} in constraint
1554 @item %
1555 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1556 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1557 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1558 constraints.
1559 @ifset INTERNALS
1560 This is often used in patterns for addition instructions
1561 that really have only two operands: the result must go in one of the
1562 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1563 instruction is defined:
1564
1565 @smallexample
1566 (define_insn "addhi3"
1567   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1568      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1569               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1570   @dots{})
1571 @end smallexample
1572 @end ifset
1573 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1574 the compiler may fail.  Note that you need not use the modifier if
1575 the two alternatives are strictly identical; this would only waste
1576 time in the reload pass.  The modifier is not operational after
1577 register allocation, so the result of @code{define_peephole2}
1578 and @code{define_split}s performed after reload cannot rely on
1579 @samp{%} to make the intended insn match.
1580
1581 @cindex @samp{#} in constraint
1582 @item #
1583 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1584 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1585 register preferences.
1586
1587 @cindex @samp{*} in constraint
1588 @item *
1589 Says that the following character should be ignored when choosing
1590 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1591 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1592
1593 @ifset INTERNALS
1594 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1595 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1596 copying it into an address register.  While either kind of register is
1597 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1598 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1599 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1600 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1601 register preferences.
1602
1603 @smallexample
1604 (define_insn "extendhisi2"
1605   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1606         (sign_extend:SI
1607          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1608   @dots{})
1609 @end smallexample
1610 @end ifset
1611 @end table
1612
1613 @node Machine Constraints
1614 @subsection Constraints for Particular Machines
1615 @cindex machine specific constraints
1616 @cindex constraints, machine specific
1617
1618 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1619 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1620 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1621 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1622 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1623 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1624 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1625 immediate-constant format.
1626
1627 For each machine architecture, the
1628 @file{config/@var{machine}/@var{machine}.h} file defines additional
1629 constraints.  These constraints are used by the compiler itself for
1630 instruction generation, as well as for @code{asm} statements; therefore,
1631 some of the constraints are not particularly interesting for @code{asm}.
1632 The constraints are defined through these macros:
1633
1634 @table @code
1635 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1636 Register class constraints (usually lowercase).
1637
1638 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1639 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1640 word size or smaller precision (usually uppercase).
1641
1642 @item CONST_DOUBLE_OK_FOR_LETTER_P
1643 Immediate constant constraints, for all floating point constants and for
1644 constants of greater than word size precision (usually uppercase).
1645
1646 @item EXTRA_CONSTRAINT
1647 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1648 is only defined for some machines.
1649 @end table
1650
1651 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1652 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1653 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1654 available on some particular machines.
1655
1656 @table @emph
1657 @item ARM family---@file{arm.h}
1658 @table @code
1659 @item f
1660 Floating-point register
1661
1662 @item w
1663 VFP floating-point register
1664
1665 @item F
1666 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1667 or 10.0
1668
1669 @item G
1670 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1671 were negated
1672
1673 @item I
1674 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1675 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1676 multiple of 2
1677
1678 @item J
1679 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1680
1681 @item K
1682 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1683
1684 @item L
1685 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1686
1687 @item M
1688 Integer in the range 0 to 32
1689
1690 @item Q
1691 A memory reference where the exact address is in a single register
1692 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1693
1694 @item R
1695 An item in the constant pool
1696
1697 @item S
1698 A symbol in the text segment of the current file
1699
1700 @item Uv
1701 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1702
1703 @item Uy
1704 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1705
1706 @item Uq
1707 A memory reference suitable for the ARMv4 ldrsb instruction.
1708 @end table
1709
1710 @item AVR family---@file{avr.h}
1711 @table @code
1712 @item l
1713 Registers from r0 to r15
1714
1715 @item a
1716 Registers from r16 to r23
1717
1718 @item d
1719 Registers from r16 to r31
1720
1721 @item w
1722 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1723
1724 @item e
1725 Pointer register (r26--r31)
1726
1727 @item b
1728 Base pointer register (r28--r31)
1729
1730 @item q
1731 Stack pointer register (SPH:SPL)
1732
1733 @item t
1734 Temporary register r0
1735
1736 @item x
1737 Register pair X (r27:r26)
1738
1739 @item y
1740 Register pair Y (r29:r28)
1741
1742 @item z
1743 Register pair Z (r31:r30)
1744
1745 @item I
1746 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1747
1748 @item J
1749 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1750
1751 @item K
1752 Constant integer 2
1753
1754 @item L
1755 Constant integer 0
1756
1757 @item M
1758 Constant that fits in 8 bits
1759
1760 @item N
1761 Constant integer @minus{}1
1762
1763 @item O
1764 Constant integer 8, 16, or 24
1765
1766 @item P
1767 Constant integer 1
1768
1769 @item G
1770 A floating point constant 0.0
1771 @end table
1772
1773 @item CRX Architecture---@file{crx.h}
1774 @table @code
1775
1776 @item b
1777 Registers from r0 to r14 (registers without stack pointer)
1778
1779 @item l
1780 Register r16 (64-bit accumulator lo register)
1781
1782 @item h
1783 Register r17 (64-bit accumulator hi register)
1784
1785 @item k
1786 Register pair r16-r17. (64-bit accumulator lo-hi pair)
1787
1788 @item I
1789 Constant that fits in 3 bits
1790
1791 @item J
1792 Constant that fits in 4 bits
1793
1794 @item K
1795 Constant that fits in 5 bits
1796
1797 @item L
1798 Constant that is one of -1, 4, -4, 7, 8, 12, 16, 20, 32, 48
1799
1800 @item G
1801 Floating point constant that is legal for store immediate
1802 @end table
1803
1804 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1805 @table @code
1806 @item b
1807 Address base register
1808
1809 @item f
1810 Floating point register
1811
1812 @item v
1813 Vector register
1814
1815 @item h
1816 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1817
1818 @item q
1819 @samp{MQ} register
1820
1821 @item c
1822 @samp{CTR} register
1823
1824 @item l
1825 @samp{LINK} register
1826
1827 @item x
1828 @samp{CR} register (condition register) number 0
1829
1830 @item y
1831 @samp{CR} register (condition register)
1832
1833 @item z
1834 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1835
1836 @item I
1837 Signed 16-bit constant
1838
1839 @item J
1840 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1841 @code{SImode} constants)
1842
1843 @item K
1844 Unsigned 16-bit constant
1845
1846 @item L
1847 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1848
1849 @item M
1850 Constant larger than 31
1851
1852 @item N
1853 Exact power of 2
1854
1855 @item O
1856 Zero
1857
1858 @item P
1859 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1860
1861 @item G
1862 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1863 instruction per word
1864
1865 @item Q
1866 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1867 for @code{asm} statements)
1868
1869 @item R
1870 AIX TOC entry
1871
1872 @item S
1873 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1874
1875 @item T
1876 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1877
1878 @item U
1879 System V Release 4 small data area reference
1880 @end table
1881
1882 @item MorphoTech family---@file{mt.h}
1883 @table @code
1884 @item I
1885 Constant for an arithmetic insn (16-bit signed integer).
1886
1887 @item J
1888 The constant 0.
1889
1890 @item K
1891 Constant for a logical insn (16-bit zero-extended integer).
1892
1893 @item L
1894 A constant that can be loaded with @code{lui} (i.e.@: the bottom 16
1895 bits are zero).
1896
1897 @item M
1898 A constant that takes two words to load (i.e.@: not matched by
1899 @code{I}, @code{K}, or @code{L}).
1900
1901 @item N
1902 Negative 16-bit constants other than -65536.
1903
1904 @item O
1905 A 15-bit signed integer constant.
1906
1907 @item P
1908 A positive 16-bit constant.
1909 @end table
1910
1911 @item Intel 386---@file{i386.h}
1912 @table @code
1913 @item q
1914 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register for the i386.
1915 For x86-64 it is equivalent to @samp{r} class (for 8-bit instructions that
1916 do not use upper halves).
1917
1918 @item Q
1919 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register (for 8-bit instructions,
1920 that do use upper halves).
1921
1922 @item R
1923 Legacy register---equivalent to @code{r} class in i386 mode.
1924 (for non-8-bit registers used together with 8-bit upper halves in a single
1925 instruction)
1926
1927 @item A
1928 Specifies the @samp{a} or @samp{d} registers.  This is primarily useful
1929 for 64-bit integer values (when in 32-bit mode) intended to be returned
1930 with the @samp{d} register holding the most significant bits and the
1931 @samp{a} register holding the least significant bits.
1932
1933 @item f
1934 Floating point register
1935
1936 @item t
1937 First (top of stack) floating point register
1938
1939 @item u
1940 Second floating point register
1941
1942 @item a
1943 @samp{a} register
1944
1945 @item b
1946 @samp{b} register
1947
1948 @item c
1949 @samp{c} register
1950
1951 @item C
1952 Specifies constant that can be easily constructed in SSE register without
1953 loading it from memory.
1954
1955 @item d
1956 @samp{d} register
1957
1958 @item D
1959 @samp{di} register
1960
1961 @item S
1962 @samp{si} register
1963
1964 @item x
1965 @samp{xmm} SSE register
1966
1967 @item y
1968 MMX register
1969
1970 @item I
1971 Constant in range 0 to 31 (for 32-bit shifts)
1972
1973 @item J
1974 Constant in range 0 to 63 (for 64-bit shifts)
1975
1976 @item K
1977 @samp{0xff}
1978
1979 @item L
1980 @samp{0xffff}
1981
1982 @item M
1983 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1984
1985 @item N
1986 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1987
1988 @item Z
1989 Constant in range 0 to @code{0xffffffff} or symbolic reference known to fit specified range.
1990 (for using immediates in zero extending 32-bit to 64-bit x86-64 instructions)
1991
1992 @item e
1993 Constant in range @minus{}2147483648 to 2147483647 or symbolic reference known to fit specified range.
1994 (for using immediates in 64-bit x86-64 instructions)
1995
1996 @item G
1997 Standard 80387 floating point constant
1998 @end table
1999
2000 @item Intel IA-64---@file{ia64.h}
2001 @table @code
2002 @item a
2003 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
2004
2005 @item b
2006 Branch register
2007
2008 @item c
2009 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
2010
2011 @item d
2012 Application register residing in M-unit
2013
2014 @item e
2015 Application register residing in I-unit
2016
2017 @item f
2018 Floating-point register
2019
2020 @item m
2021 Memory operand.
2022 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
2023 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
2024 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
2025
2026 @item G
2027 Floating-point constant 0.0 or 1.0
2028
2029 @item I
2030 14-bit signed integer constant
2031
2032 @item J
2033 22-bit signed integer constant
2034
2035 @item K
2036 8-bit signed integer constant for logical instructions
2037
2038 @item L
2039 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
2040
2041 @item M
2042 6-bit unsigned integer constant for shift counts
2043
2044 @item N
2045 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
2046
2047 @item O
2048 The constant zero
2049
2050 @item P
2051 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
2052
2053 @item Q
2054 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
2055
2056 @item R
2057 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
2058
2059 @item S
2060 Memory operand except postincrement and postdecrement
2061 @end table
2062
2063 @item FRV---@file{frv.h}
2064 @table @code
2065 @item a
2066 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2067
2068 @item b
2069 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2070
2071 @item c
2072 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
2073 @code{icc0} to @code{icc3}).
2074
2075 @item d
2076 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2077
2078 @item e
2079 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2080 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2081 mode larger than 4 bytes.
2082
2083 @item f
2084 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2085
2086 @item h
2087 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2088 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2089 mode larger than 4 bytes.
2090
2091 @item l
2092 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2093
2094 @item q
2095 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2096 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2097 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2098
2099 @item t
2100 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2101
2102 @item u
2103 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2104
2105 @item v
2106 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2107
2108 @item w
2109 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2110
2111 @item x
2112 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2113 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2114 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2115
2116 @item z
2117 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2118
2119 @item A
2120 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2121
2122 @item B
2123 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2124
2125 @item C
2126 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2127
2128 @item G
2129 Floating point constant zero
2130
2131 @item I
2132 6-bit signed integer constant
2133
2134 @item J
2135 10-bit signed integer constant
2136
2137 @item L
2138 16-bit signed integer constant
2139
2140 @item M
2141 16-bit unsigned integer constant
2142
2143 @item N
2144 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2145 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2146
2147 @item O
2148 Constant zero
2149
2150 @item P
2151 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2152 range of 1 to 2047.
2153
2154 @end table
2155
2156 @item Blackfin family---@file{bfin.h}
2157 @table @code
2158 @item a
2159 P register
2160
2161 @item d
2162 D register
2163
2164 @item z
2165 A call clobbered P register.
2166
2167 @item D
2168 Even-numbered D register
2169
2170 @item W
2171 Odd-numbered D register
2172
2173 @item e
2174 Accumulator register.
2175
2176 @item A
2177 Even-numbered accumulator register.
2178
2179 @item B
2180 Odd-numbered accumulator register.
2181
2182 @item b
2183 I register
2184
2185 @item B
2186 B register
2187
2188 @item f
2189 M register
2190
2191 @item c
2192 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
2193
2194 @item C
2195 The CC register.
2196
2197 @item x
2198 Any D, P, B, M, I or L register.
2199
2200 @item y
2201 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2202 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2203
2204 @item w
2205 Any register except accumulators or CC.
2206
2207 @item Ksh
2208 Signed 16 bit integer (in the range -32768 to 32767)
2209
2210 @item Kuh
2211 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2212
2213 @item Ks7
2214 Signed 7 bit integer (in the range -64 to 63)
2215
2216 @item Ku7
2217 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2218
2219 @item Ku5
2220 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2221
2222 @item Ks4
2223 Signed 4 bit integer (in the range -8 to 7)
2224
2225 @item Ks3
2226 Signed 3 bit integer (in the range -3 to 4)
2227
2228 @item Ku3
2229 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2230
2231 @item P@var{n}
2232 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2233
2234 @item M1
2235 Constant 255.
2236
2237 @item M2
2238 Constant 65535.
2239
2240 @item J
2241 An integer constant with exactly a single bit set.
2242
2243 @item L
2244 An integer constant with all bits set except exactly one.
2245
2246 @item H
2247
2248 @item Q
2249 Any SYMBOL_REF.
2250 @end table
2251
2252 @item M32C---@file{m32c.c}
2253
2254 @item Rsp
2255 @itemx Rfb
2256 @itemx Rsb
2257 @samp{$sp}, @samp{$fb}, @samp{$sb}.
2258
2259 @item Rcr
2260 Any control register, when they're 16 bits wide (nothing if control
2261 registers are 24 bits wide)
2262
2263 @item Rcl
2264 Any control register, when they're 24 bits wide.
2265
2266 @item R0w
2267 @itemx R1w
2268 @itemx R2w
2269 @itemx R3w
2270 $r0, $r1, $r2, $r3.
2271
2272 @item R02
2273 $r0 or $r2, or $r2r0 for 32 bit values.
2274
2275 @item R13
2276 $r1 or $r3, or $r3r1 for 32 bit values.
2277
2278 @item Rdi
2279 A register that can hold a 64 bit value.
2280
2281 @item Rhl
2282 $r0 or $r1 (registers with addressable high/low bytes)
2283
2284 @item R23
2285 $r2 or $r3
2286
2287 @item Raa
2288 Address registers
2289
2290 @item Raw
2291 Address registers when they're 16 bits wide.
2292
2293 @item Ral
2294 Address registers when they're 24 bits wide.
2295
2296 @item Rqi
2297 Registers that can hold QI values.
2298
2299 @item Rad
2300 Registers that can be used with displacements ($a0, $a1, $sb).
2301
2302 @item Rsi
2303 Registers that can hold 32 bit values.
2304
2305 @item Rhi
2306 Registers that can hold 16 bit values.
2307
2308 @item Rhc
2309 Registers chat can hold 16 bit values, including all control
2310 registers.
2311
2312 @item Rra
2313 $r0 through R1, plus $a0 and $a1.
2314
2315 @item Rfl
2316 The flags register.
2317
2318 @item Rmm
2319 The memory-based pseudo-registers $mem0 through $mem15.
2320
2321 @item Rpi
2322 Registers that can hold pointers (16 bit registers for r8c, m16c; 24
2323 bit registers for m32cm, m32c).
2324
2325 @item Rpa
2326 Matches multiple registers in a PARALLEL to form a larger register.
2327 Used to match function return values.
2328
2329 @item Is3
2330 -8 @dots{} 7
2331
2332 @item IS1
2333 -128 @dots{} 127
2334
2335 @item IS2
2336 -32768 @dots{} 32767
2337
2338 @item IU2
2339 0 @dots{} 65535
2340
2341 @item In4
2342 -8 @dots{} -1 or 1 @dots{} 8
2343
2344 @item In5
2345 -16 @dots{} -1 or 1 @dots{} 16
2346
2347 @item In6
2348 -32 @dots{} -1 or 1 @dots{} 32
2349
2350 @item IM2
2351 -65536 @dots{} -1
2352
2353 @item Ilb
2354 An 8 bit value with exactly one bit set.
2355
2356 @item Ilw
2357 A 16 bit value with exactly one bit set.
2358
2359 @item Sd
2360 The common src/dest memory addressing modes.
2361
2362 @item Sa
2363 Memory addressed using $a0 or $a1.
2364
2365 @item Si
2366 Memory addressed with immediate addresses.
2367
2368 @item Ss
2369 Memory addressed using the stack pointer ($sp).
2370
2371 @item Sf
2372 Memory addressed using the frame base register ($fb).
2373
2374 @item Ss
2375 Memory addressed using the small base register ($sb).
2376
2377 @item S1
2378 $r1h
2379
2380
2381 @item MIPS---@file{mips.h}
2382 @table @code
2383 @item d
2384 General-purpose integer register
2385
2386 @item f
2387 Floating-point register (if available)
2388
2389 @item h
2390 @samp{Hi} register
2391
2392 @item l
2393 @samp{Lo} register
2394
2395 @item x
2396 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
2397
2398 @item y
2399 General-purpose integer register
2400
2401 @item z
2402 Floating-point status register
2403
2404 @item I
2405 Signed 16-bit constant (for arithmetic instructions)
2406
2407 @item J
2408 Zero
2409
2410 @item K
2411 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
2412
2413 @item L
2414 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
2415
2416 @item M
2417 32-bit constant which requires two instructions to load (a constant
2418 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
2419
2420 @item N
2421 Negative 16-bit constant
2422
2423 @item O
2424 Exact power of two
2425
2426 @item P
2427 Positive 16-bit constant
2428
2429 @item G
2430 Floating point zero
2431
2432 @item Q
2433 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
2434 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
2435
2436 @item R
2437 Memory reference that can be loaded with one instruction
2438 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
2439
2440 @item S
2441 Memory reference in external OSF/rose PIC format
2442 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
2443 @end table
2444
2445 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
2446 @table @code
2447 @item a
2448 Address register
2449
2450 @item d
2451 Data register
2452
2453 @item f
2454 68881 floating-point register, if available
2455
2456 @item I
2457 Integer in the range 1 to 8
2458
2459 @item J
2460 16-bit signed number
2461
2462 @item K
2463 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2464
2465 @item L
2466 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2467
2468 @item M
2469 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2470
2471 @item G
2472 Floating point constant that is not a 68881 constant
2473 @end table
2474
2475 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{m68hc11.h}
2476 @table @code
2477 @item a
2478 Register `a'
2479
2480 @item b
2481 Register `b'
2482
2483 @item d
2484 Register `d'
2485
2486 @item q
2487 An 8-bit register
2488
2489 @item t
2490 Temporary soft register _.tmp
2491
2492 @item u
2493 A soft register _.d1 to _.d31
2494
2495 @item w
2496 Stack pointer register
2497
2498 @item x
2499 Register `x'
2500
2501 @item y
2502 Register `y'
2503
2504 @item z
2505 Pseudo register `z' (replaced by `x' or `y' at the end)
2506
2507 @item A
2508 An address register: x, y or z
2509
2510 @item B
2511 An address register: x or y
2512
2513 @item D
2514 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
2515
2516 @item L
2517 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
2518
2519 @item M
2520 Constants whose 16-bit low part is zero
2521
2522 @item N
2523 Constant integer 1 or @minus{}1
2524
2525 @item O
2526 Constant integer 16
2527
2528 @item P
2529 Constants in the range @minus{}8 to 2
2530
2531 @end table
2532
2533 @need 1000
2534 @item SPARC---@file{sparc.h}
2535 @table @code
2536 @item f
2537 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
2538 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
2539
2540 @item e
2541 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
2542 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
2543 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
2544
2545 @item c
2546 Floating-point condition code register.
2547
2548 @item d
2549 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
2550 architecture when the Visual Instruction Set is available.
2551
2552 @item b
2553 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
2554 when the Visual Instruction Set is available.
2555
2556 @item h
2557 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
2558
2559 @item I
2560 Signed 13-bit constant
2561
2562 @item J
2563 Zero
2564
2565 @item K
2566 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2567 loaded with the @code{sethi} instruction)
2568
2569 @item L
2570 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2571
2572 @item M
2573 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2574
2575 @item N
2576 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2577 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2578 modes wider than @code{SImode}
2579
2580 @item O
2581 The constant 4096
2582
2583 @item G
2584 Floating-point zero
2585
2586 @item H
2587 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2588
2589 @item Q
2590 Floating-point constant whose integral representation can
2591 be moved into an integer register using a single sethi
2592 instruction
2593
2594 @item R
2595 Floating-point constant whose integral representation can
2596 be moved into an integer register using a single mov
2597 instruction
2598
2599 @item S
2600 Floating-point constant whose integral representation can
2601 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2602 instruction sequence
2603
2604 @item T
2605 Memory address aligned to an 8-byte boundary
2606
2607 @item U
2608 Even register
2609
2610 @item W
2611 Memory address for @samp{e} constraint registers
2612
2613 @item Y
2614 Vector zero
2615
2616 @end table
2617
2618 @item TMS320C3x/C4x---@file{c4x.h}
2619 @table @code
2620 @item a
2621 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
2622
2623 @item b
2624 Stack pointer register (sp)
2625
2626 @item c
2627 Standard (32-bit) precision integer register
2628
2629 @item f
2630 Extended (40-bit) precision register (r0-r11)
2631
2632 @item k
2633 Block count register (bk)
2634
2635 @item q
2636 Extended (40-bit) precision low register (r0-r7)
2637
2638 @item t
2639 Extended (40-bit) precision register (r0-r1)
2640
2641 @item u
2642 Extended (40-bit) precision register (r2-r3)
2643
2644 @item v
2645 Repeat count register (rc)
2646
2647 @item x
2648 Index register (ir0-ir1)
2649
2650 @item y
2651 Status (condition code) register (st)
2652
2653 @item z
2654 Data page register (dp)
2655
2656 @item G
2657 Floating-point zero
2658
2659 @item H
2660 Immediate 16-bit floating-point constant
2661
2662 @item I
2663 Signed 16-bit constant
2664
2665 @item J
2666 Signed 8-bit constant
2667
2668 @item K
2669 Signed 5-bit constant
2670
2671 @item L
2672 Unsigned 16-bit constant
2673
2674 @item M
2675 Unsigned 8-bit constant
2676
2677 @item N
2678 Ones complement of unsigned 16-bit constant
2679
2680 @item O
2681 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero)
2682
2683 @item Q
2684 Indirect memory reference with signed 8-bit or index register displacement
2685
2686 @item R
2687 Indirect memory reference with unsigned 5-bit displacement
2688
2689 @item S
2690 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement
2691
2692 @item T
2693 Direct memory reference
2694
2695 @item U
2696 Symbolic address
2697
2698 @end table
2699
2700 @item S/390 and zSeries---@file{s390.h}
2701 @table @code
2702 @item a
2703 Address register (general purpose register except r0)
2704
2705 @item c
2706 Condition code register
2707
2708 @item d
2709 Data register (arbitrary general purpose register)
2710
2711 @item f
2712 Floating-point register
2713
2714 @item I
2715 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2716
2717 @item J
2718 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2719
2720 @item K
2721 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2722
2723 @item L
2724 Value appropriate as displacement.
2725 @table @code
2726        @item (0..4095)
2727        for short displacement
2728        @item (-524288..524287)
2729        for long displacement
2730 @end table
2731
2732 @item M
2733 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
2734
2735 @item N
2736 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
2737 @table @code
2738          @item 0..9:
2739          number of the part counting from most to least significant
2740          @item H,Q:
2741          mode of the part
2742          @item D,S,H:
2743          mode of the containing operand
2744          @item 0,F:
2745          value of the other parts (F---all bits set)
2746 @end table
2747 The constraint matches if the specified part of a constant
2748 has a value different from it's other parts.
2749
2750 @item Q
2751 Memory reference without index register and with short displacement.
2752
2753 @item R
2754 Memory reference with index register and short displacement.
2755
2756 @item S
2757 Memory reference without index register but with long displacement.
2758
2759 @item T
2760 Memory reference with index register and long displacement.
2761
2762 @item U
2763 Pointer with short displacement.
2764
2765 @item W
2766 Pointer with long displacement.
2767
2768 @item Y
2769 Shift count operand.
2770
2771 @end table
2772
2773 @item Xstormy16---@file{stormy16.h}
2774 @table @code
2775 @item a
2776 Register r0.
2777
2778 @item b
2779 Register r1.
2780
2781 @item c
2782 Register r2.
2783
2784 @item d
2785 Register r8.
2786
2787 @item e
2788 Registers r0 through r7.
2789
2790 @item t
2791 Registers r0 and r1.
2792
2793 @item y
2794 The carry register.
2795
2796 @item z
2797 Registers r8 and r9.
2798
2799 @item I
2800 A constant between 0 and 3 inclusive.
2801
2802 @item J
2803 A constant that has exactly one bit set.
2804
2805 @item K
2806 A constant that has exactly one bit clear.
2807
2808 @item L
2809 A constant between 0 and 255 inclusive.
2810
2811 @item M
2812 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
2813
2814 @item N
2815 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
2816
2817 @item O
2818 A constant between 1 and 4 inclusive.
2819
2820 @item P
2821 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
2822
2823 @item Q
2824 A memory reference that is a stack push.
2825
2826 @item R
2827 A memory reference that is a stack pop.
2828
2829 @item S
2830 A memory reference that refers to a constant address of known value.
2831
2832 @item T
2833 The register indicated by Rx (not implemented yet).
2834
2835 @item U
2836 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
2837
2838 @item Z
2839 The constant 0.
2840
2841 @end table
2842
2843 @item Xtensa---@file{xtensa.h}
2844 @table @code
2845 @item a
2846 General-purpose 32-bit register
2847
2848 @item b
2849 One-bit boolean register
2850
2851 @item A
2852 MAC16 40-bit accumulator register
2853
2854 @item I
2855 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
2856
2857 @item J
2858 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
2859
2860 @item K
2861 Integer constant valid for BccI instructions
2862
2863 @item L
2864 Unsigned constant valid for BccUI instructions
2865
2866 @end table
2867
2868 @end table
2869
2870 @ifset INTERNALS
2871 @node Standard Names
2872 @section Standard Pattern Names For Generation
2873 @cindex standard pattern names
2874 @cindex pattern names
2875 @cindex names, pattern
2876
2877 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
2878 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
2879 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
2880 pattern to accomplish a certain task.
2881
2882 @table @asis
2883 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
2884 @item @samp{mov@var{m}}
2885 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
2886 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
2887 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
2888
2889 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
2890 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
2891 to store the specified value in the part of the register that corresponds
2892 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
2893 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
2894 outside the target word are left unchanged.
2895
2896 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
2897 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
2898 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
2899 If there are patterns accepting operands in larger modes,
2900 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
2901
2902 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
2903 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
2904 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
2905 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
2906 into a register.
2907
2908 @findex force_reg
2909 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
2910 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
2911 registers other than the operands.  For example, if you support the
2912 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
2913 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
2914 function which might generate new pseudo registers.
2915
2916 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
2917 fetching those modes from memory normally requires several insns and
2918 some temporary registers.
2919
2920 @findex change_address
2921 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
2922 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
2923 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
2924 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
2925 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
2926 an address into a valid address and no routine (such as
2927 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
2928 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
2929
2930 @findex reload_in_progress
2931 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
2932 declared if required) can be used to determine whether such special
2933 handling is required.
2934
2935 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
2936 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
2937 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
2938 machines explicit memory references will get optional reloads.
2939
2940 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
2941 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
2942
2943 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
2944 you must provide an appropriate secondary_reload target hook.
2945
2946 @findex no_new_pseudos
2947 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
2948 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
2949 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
2950
2951 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
2952 register to any other hard register provided that
2953 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
2954 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
2955
2956 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
2957 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
2958 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
2959 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
2960 point members.
2961
2962 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
2963 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
2964 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
2965 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
2966 floating point registers, then the constraints of the fixed point
2967 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
2968 reload into a floating point register.
2969
2970 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
2971 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
2972 @item @samp{reload_in@var{m}}
2973 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
2974 These named patterns have been obsoleted by the target hook
2975 @code{secondary_reload}.
2976
2977 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
2978 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
2979 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
2980 macro in @pxref{Register Classes}.
2981
2982 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
2983 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
2984 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
2985 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
2986 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
2987 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
2988 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
2989 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
2990 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
2991 for these patterns.
2992
2993 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
2994 @item @samp{movstrict@var{m}}
2995 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
2996 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
2997 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
2998 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
2999
3000 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
3001 @item @samp{movmisalign@var{m}}
3002 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
3003 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
3004 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
3005 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
3006 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
3007
3008 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
3009 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
3010
3011 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
3012 @item @samp{load_multiple}
3013 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
3014 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
3015 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
3016 number of consecutive registers.
3017
3018 Define this only if the target machine really has such an instruction;
3019 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
3020 registers from memory is to do them one at a time.
3021
3022 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
3023 registers can be stored into memory, such as particular starting or
3024 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
3025 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3026 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
3027
3028 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
3029 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
3030 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
3031 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
3032 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
3033
3034 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
3035 @item @samp{store_multiple}
3036 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
3037 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
3038 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
3039 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
3040
3041 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
3042 @item @samp{vec_set@var{m}}
3043 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
3044 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
3045
3046 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
3047 @item @samp{vec_extract@var{m}}
3048 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
3049 specify field index and operand 0 place to store value into.
3050
3051 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
3052 @item @samp{vec_init@var{m}}
3053 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
3054 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
3055
3056 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
3057 @item @samp{push@var{m}1}
3058 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
3059 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
3060 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
3061 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
3062 method is deprecated.
3063
3064 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
3065 @item @samp{add@var{m}3}
3066 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
3067 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
3068 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
3069
3070 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
3071 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
3072 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
3073 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
3074 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
3075 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
3076 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
3077 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
3078 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
3079 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
3080 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
3081 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
3082 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}
3083 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
3084 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
3085 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
3086 Similar, for other arithmetic operations.
3087
3088 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
3089 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
3090 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
3091 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
3092 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
3093 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
3094
3095 @cindex @code{reduc_smin_@var{m}} instruction pattern
3096 @cindex @code{reduc_smax_@var{m}} instruction pattern
3097 @item @samp{reduc_smin_@var{m}}, @samp{reduc_smax_@var{m}}
3098 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3099 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3100 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3101 modes.
3102
3103 @cindex @code{reduc_umin_@var{m}} instruction pattern
3104 @cindex @code{reduc_umax_@var{m}} instruction pattern
3105 @item @samp{reduc_umin_@var{m}}, @samp{reduc_umax_@var{m}}
3106 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3107 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3108 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3109 modes.
3110
3111 @cindex @code{reduc_splus_@var{m}} instruction pattern
3112 @item @samp{reduc_splus_@var{m}}
3113 Compute the sum of the signed elements of a vector. The vector is operand 1,
3114 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3115 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3116
3117 @cindex @code{reduc_uplus_@var{m}} instruction pattern
3118 @item @samp{reduc_uplus_@var{m}}
3119 Compute the sum of the unsigned elements of a vector. The vector is operand 1,
3120 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3121 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3122
3123 @cindex @code{sdot_prod@var{m}} instruction pattern
3124 @item @samp{sdot_prod@var{m}}
3125 @cindex @code{udot_prod@var{m}} instruction pattern
3126 @item @samp{udot_prod@var{m}}
3127 Compute the sum of the products of two signed/unsigned elements. 
3128 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their product, which is of a 
3129 wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode equal or 
3130 wider than the mode of the product. The result is placed in operand 0, which
3131 is of the same mode as operand 3. 
3132
3133 @cindex @code{ssum_widen@var{m3}} instruction pattern
3134 @item @samp{ssum_widen@var{m3}}
3135 @cindex @code{usum_widen@var{m3}} instruction pattern
3136 @item @samp{usum_widen@var{m3}}
3137 Operands 0 and 2 are of the same mode, which is wider than the mode of 
3138 operand 1. Add operand 1 to operand 2 and place the widened result in
3139 operand 0. (This is used express accumulation of elements into an accumulator
3140 of a wider mode.)
3141
3142 @cindex @code{vec_shl_@var{m}} instruction pattern
3143 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
3144 @item @samp{vec_shl_@var{m}}, @samp{vec_shr_@var{m}}
3145 Whole vector left/right shift in bits.
3146 Operand 1 is a vector to be shifted.
3147 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
3148 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
3149 The output and input vectors should have the same modes.
3150
3151 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
3152 @item @samp{mulhisi3}
3153 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
3154 a @code{SImode} product in operand 0.
3155
3156 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
3157 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
3158 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
3159 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
3160
3161 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
3162 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
3163 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
3164 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
3165 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
3166 multiplication.
3167
3168 @cindex @code{usmulqihi3} instruction pattern
3169 @cindex @code{usmulhisi3} instruction pattern
3170 @cindex @code{usmulsidi3} instruction pattern
3171 @item @samp{usmulqihi3}, @samp{usmulhisi3}, @samp{usmulsidi3}
3172 Similar widening-multiplication instructions that interpret the first
3173 operand as unsigned and the second operand as signed, then do a signed
3174 multiplication.
3175
3176 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
3177 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
3178 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
3179 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
3180 The least significant half of the product is discarded.
3181
3182 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
3183 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
3184 Similar, but the multiplication is unsigned.
3185
3186 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
3187 @item @samp{divmod@var{m}4}
3188 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
3189 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
3190 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
3191
3192 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
3193 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
3194 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
3195 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
3196 and remainder are computed.
3197
3198 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
3199 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
3200 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
3201 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
3202 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
3203
3204 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
3205 @item @samp{udivmod@var{m}4}
3206 Similar, but does unsigned division.
3207
3208 @anchor{shift patterns}
3209 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
3210 @item @samp{ashl@var{m}3}
3211 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
3212 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
3213 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
3214 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
3215 mode before generating the instruction.  The meaning of out-of-range shift
3216 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
3217 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
3218
3219 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
3220 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
3221 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
3222 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
3223 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
3224 Other shift and rotate instructions, analogous to the
3225 @code{ashl@var{m}3} instructions.
3226
3227 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
3228 @item @samp{neg@var{m}2}
3229 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
3230
3231 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
3232 @item @samp{abs@var{m}2}
3233 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
3234
3235 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
3236 @item @samp{sqrt@var{m}2}
3237 Store the square root of operand 1 into operand 0.
3238
3239 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
3240 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
3241 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3242 type @code{float}.
3243
3244 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
3245 @item @samp{cos@var{m}2}
3246 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
3247
3248 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
3249 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
3250 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3251 type @code{float}.
3252
3253 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
3254 @item @samp{sin@var{m}2}
3255 Store the sine of operand 1 into operand 0.
3256
3257 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
3258 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
3259 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3260 type @code{float}.
3261
3262 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
3263 @item @samp{exp@var{m}2}
3264 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
3265
3266 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
3267 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
3268 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3269 type @code{float}.
3270
3271 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
3272 @item @samp{log@var{m}2}
3273 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
3274
3275 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
3276 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
3277 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3278 type @code{float}.
3279
3280 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
3281 @item @samp{pow@var{m}3}
3282 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
3283 into operand 0.
3284
3285 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
3286 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
3287 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3288 type @code{float}.
3289
3290 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
3291 @item @samp{atan2@var{m}3}
3292 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
3293 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
3294 determine the quadrant of the result.
3295
3296 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
3297 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
3298 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3299 type @code{float}.
3300
3301 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
3302 @item @samp{floor@var{m}2}
3303 Store the largest integral value not greater than argument.
3304
3305 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
3306 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
3307 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3308 type @code{float}.
3309
3310 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
3311 @item @samp{btrunc@var{m}2}
3312 Store the argument rounded to integer towards zero.
3313
3314 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
3315 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
3316 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3317 type @code{float}.
3318
3319 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
3320 @item @samp{round@var{m}2}
3321 Store the argument rounded to integer away from zero.
3322
3323 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
3324 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
3325 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3326 type @code{float}.
3327
3328 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
3329 @item @samp{ceil@var{m}2}
3330 Store the argument rounded to integer away from zero.
3331
3332 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
3333 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
3334 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3335 type @code{float}.
3336
3337 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
3338 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
3339 Store the argument rounded according to the default rounding mode
3340
3341 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
3342 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
3343 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3344 type @code{float}.
3345
3346 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
3347 @item @samp{rint@var{m}2}
3348 Store the argument rounded according to the default rounding mode and
3349 raise the inexact exception when the result differs in value from
3350 the argument
3351
3352 The @code{rint} built-in function of C always uses the mode which
3353 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{rintf}
3354 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3355 type @code{float}.
3356
3357 @cindex @code{copysign@var{m}3} instruction pattern
3358 @item @samp{copysign@var{m}3}
3359 Store a value with the magnitude of operand 1 and the sign of operand
3360 2 into operand 0.
3361
3362 The @code{copysign} built-in function of C always uses the mode which
3363 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{copysignf}
3364 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3365 type @code{float}.
3366
3367 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
3368 @item @samp{ffs@var{m}2}
3369 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
3370 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
3371 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
3372 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
3373 generating the instruction.
3374
3375 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
3376 corresponds to the C data type @code{int}.
3377
3378 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
3379 @item @samp{clz@var{m}2}
3380 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
3381 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
3382 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
3383 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
3384 operand to that mode before generating the instruction.
3385
3386 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
3387 @item @samp{ctz@var{m}2}
3388 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
3389 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
3390 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
3391 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
3392 operand to that mode before generating the instruction.
3393
3394 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
3395 @item @samp{popcount@var{m}2}
3396 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
3397 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
3398 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
3399 generating the instruction.
3400
3401 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
3402 @item @samp{parity@var{m}2}
3403 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.e.@: the number of 1-bits
3404 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
3405 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
3406 the operand to that mode before generating the instruction.
3407
3408 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
3409 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
3410 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
3411
3412 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
3413 @item @samp{cmp@var{m}}
3414 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
3415 The RTL pattern should look like this:
3416
3417 @smallexample
3418 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3419                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
3420 @end smallexample
3421
3422 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
3423 @item @samp{tst@var{m}}
3424 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
3425 The RTL pattern should look like this:
3426
3427 @smallexample
3428 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
3429 @end smallexample
3430
3431 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
3432 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
3433 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
3434 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
3435
3436 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
3437 @item @samp{movmem@var{m}}
3438 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
3439 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
3440 address in mode @code{Pmode}.
3441
3442 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
3443 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
3444 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
3445 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
3446 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
3447 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
3448 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
3449
3450 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
3451 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
3452 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
3453 it may provide the value 4 for this operand.
3454
3455 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
3456 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
3457 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
3458 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
3459 individually moved data units in the block.
3460
3461 These patterns need not give special consideration to the possibility
3462 that the source and destination strings might overlap.
3463
3464 @cindex @code{movstr} instruction pattern
3465 @item @samp{movstr}
3466 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
3467 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
3468 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
3469 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
3470 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
3471 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
3472
3473 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
3474 @item @samp{setmem@var{m}}
3475 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
3476 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
3477 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
3478 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
3479 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
3480 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
3481
3482 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
3483 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
3484 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
3485 operand.
3486
3487 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
3488
3489 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
3490 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
3491 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
3492 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
3493 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
3494 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
3495 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
3496 at a time since either string may end in the first byte and reading past
3497 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
3498 effect of the instruction is to store a value in operand 0 whose sign
3499 indicates the result of the comparison.
3500
3501 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
3502 @item @samp{cmpstr@var{m}}
3503 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
3504 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
3505 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
3506 @code{Pmode}.
3507
3508 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
3509 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
3510 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
3511 it may provide the value 4 for this operand.
3512
3513 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
3514 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
3515 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
3516 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
3517 cause a fault.  The effect of the instruction is to store a value in operand 0
3518 whose sign indicates the result of the comparison.
3519
3520 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
3521 @item @samp{cmpmem@var{m}}
3522 Block compare instruction, with five operands like the operands
3523 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
3524 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
3525 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
3526 any bytes in the two memory blocks.  The effect of the instruction is
3527 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
3528 comparison.
3529
3530 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
3531 @item @samp{strlen@var{m}}
3532 Compute the length of a string, with three operands.
3533 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
3534 a @code{mem} referring to the first character of the string,
3535 operand 2 is the character to search for (normally zero),
3536 and operand 3 is a constant describing the known alignment
3537 of the beginning of the string.
3538
3539 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
3540 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
3541 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
3542 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
3543 @var{n}).
3544
3545 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
3546 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
3547 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
3548 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
3549 @var{n}).
3550
3551 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
3552 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
3553 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3554 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
3555 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
3556 the value of operand 1 is an integer.
3557
3558 If the machine description defines this pattern, it also needs to
3559 define the @code{ftrunc} pattern.
3560
3561 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
3562 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
3563 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3564 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
3565 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
3566 value of operand 1 is an integer.
3567
3568 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
3569 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
3570 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
3571 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
3572 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
3573
3574 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
3575 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
3576 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
3577 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
3578
3579 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
3580 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
3581 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
3582 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
3583
3584 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
3585 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
3586 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
3587 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
3588 point or both floating point.
3589
3590 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
3591 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
3592 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
3593 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
3594 point or both floating point.
3595
3596 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
3597 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
3598 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
3599 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
3600 point.
3601
3602 @cindex @code{extv} instruction pattern
3603 @item @samp{extv}
3604 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
3605 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
3606 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
3607 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
3608 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
3609 be valid for @code{word_mode}.
3610
3611 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
3612 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
3613
3614 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
3615 before it is stored in operand 0.
3616
3617 @cindex @code{extzv} instruction pattern
3618 @item @samp{extzv}
3619 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
3620
3621 @cindex @code{insv} instruction pattern
3622 @item @samp{insv}
3623 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
3624 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
3625 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
3626 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
3627 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
3628
3629 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
3630 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
3631
3632 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
3633 @item @samp{mov@var{mode}cc}
3634 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
3635 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
3636 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
3637
3638 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
3639 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
3640 conditionally move an integer value based on the floating point condition
3641 codes and vice versa.
3642
3643 If the machine does not have conditional move instructions, do not
3644 define these patterns.
3645
3646 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
3647 @item @samp{add@var{mode}cc}
3648 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
3649 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
3650 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
3651 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
3652
3653 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
3654 @item @samp{s@var{cond}}
3655 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
3656 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
3657 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
3658 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
3659
3660 You specify the mode that the operand must have when you write the
3661 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
3662 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
3663
3664 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
3665 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
3666 you should omit it from the machine description.  You describe to the
3667 compiler exactly which value is stored by defining the macro
3668 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
3669 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
3670 should omit those operations from the machine description.
3671
3672 These operations may fail, but should do so only in relatively
3673 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
3674 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
3675
3676 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
3677 that copies the constant one to the target and branches around an
3678 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
3679 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
3680 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
3681 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
3682 the machine description.
3683
3684 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
3685 @item @samp{b@var{cond}}
3686 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
3687 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
3688 condition @var{cond}.
3689
3690 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
3691 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
3692 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
3693 simply store the operands away and generate all the required insns in a
3694 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
3695 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
3696 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
3697 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
3698
3699 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
3700 where the mode used for the comparison depends on the condition being
3701 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
3702
3703 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
3704 @samp{s@var{cond}} patterns.
3705
3706 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
3707 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
3708 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
3709 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
3710 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
3711 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
3712
3713 @cindex @code{jump} instruction pattern
3714 @item @samp{jump}
3715 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
3716 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
3717 on all machines.
3718
3719 @cindex @code{call} instruction pattern
3720 @item @samp{call}
3721 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
3722 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
3723 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
3724 operands.
3725
3726 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
3727 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
3728 to put this information into the assembler code; they can put it in
3729 the RTL instead of operand 1.
3730
3731 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
3732 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
3733 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
3734 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
3735 instruction, the pattern for this operation should be a
3736 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
3737 address into a register and uses that register in the call instruction.
3738
3739 @cindex @code{call_value} instruction pattern
3740 @item @samp{call_value}
3741 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
3742 register in which the value is returned.  There are three more
3743 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
3744 instruction (but with numbers increased by one).
3745
3746 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
3747 insn.
3748
3749 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
3750 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
3751 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
3752 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
3753 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
3754 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
3755 adjustment made to the frame pointer.
3756
3757 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
3758 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
3759 can be eliminated, if desired.
3760
3761 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
3762 @item @samp{untyped_call}
3763 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
3764 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
3765 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
3766 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3767 the saving of a function return value into the result block.
3768
3769 This instruction pattern should be defined to support
3770 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
3771 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
3772 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
3773 multiple registers that can hold a return value
3774 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
3775
3776 @cindex @code{return} instruction pattern
3777 @item @samp{return}
3778 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
3779 defined only if a single instruction can do all the work of returning
3780 from a function.
3781
3782 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
3783 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
3784 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
3785 some class of functions only requires one instruction to implement a
3786 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
3787 to save any registers or allocate stack space.
3788
3789 @findex reload_completed
3790 @findex leaf_function_p
3791 For such machines, the condition specified in this pattern should only
3792 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
3793 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
3794 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
3795 a register window push is required.
3796
3797 Machines that have conditional return instructions should define patterns
3798 such as
3799
3800 @smallexample
3801 (define_insn ""
3802   [(set (pc)
3803         (if_then_else (match_operator
3804                          0 "comparison_operator"
3805                          [(cc0) (const_int 0)])
3806                       (return)
3807                       (pc)))]
3808   "@var{condition}"
3809   "@dots{}")
3810 @end smallexample
3811
3812 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
3813 named @samp{return} pattern.
3814
3815 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
3816 @item @samp{untyped_return}
3817 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
3818 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
3819 instructions are needed to return a value of any type.
3820
3821 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
3822 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
3823 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3824 the restoring of a function return value from the result block.
3825
3826 @cindex @code{nop} instruction pattern
3827 @item @samp{nop}
3828 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
3829 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
3830 RTL pattern.
3831
3832 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
3833 @item @samp{indirect_jump}
3834 An instruction to jump to an address which is operand zero.
3835 This pattern name is mandatory on all machines.
3836
3837 @cindex @code{casesi} instruction pattern
3838 @item @samp{casesi}
3839 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
3840 This instruction takes five operands:
3841
3842 @enumerate
3843 @item
3844 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
3845
3846 @item
3847 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
3848
3849 @item
3850 The total range of indices in the table---the largest index
3851 minus the smallest one (both inclusive).
3852
3853 @item
3854 A label that precedes the table itself.
3855
3856 @item
3857 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
3858 @end enumerate
3859
3860 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
3861 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
3862 difference between the upper bound and the lower bound.
3863
3864 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
3865 @item @samp{tablejump}
3866 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
3867 capability which can be used to implement a dispatch table when there
3868 is no @samp{casesi} pattern.
3869
3870 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
3871 which should immediately precede the jump table.  If the macro
3872 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
3873 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
3874 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
3875 mode @code{Pmode}.
3876
3877 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
3878 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
3879 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
3880 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
3881
3882
3883 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
3884 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
3885 Conditional branch instruction that decrements a register and
3886 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
3887 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
3888 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
3889
3890 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
3891 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
3892 reduction is enabled.
3893
3894 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
3895 @item @samp{doloop_end}
3896 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
3897 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
3898 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
3899 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
3900 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
3901 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
3902 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
3903 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
3904 @xref{Looping Patterns}.
3905
3906 This optional instruction pattern should be defined for machines with
3907 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
3908 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
3909 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3910 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
3911 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
3912 too large for this instruction, make it fail.
3913
3914 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
3915 @item @samp{doloop_begin}
3916 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
3917 need to perform some initialization, such as loading special registers
3918 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
3919 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
3920 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
3921
3922
3923 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
3924 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
3925 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
3926 into operand 0.
3927
3928 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
3929 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
3930 and also has mode @code{Pmode}.
3931
3932 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
3933 the address of the function which would be called if the function
3934 pointer were used in an indirect call.
3935
3936 Only define this pattern if function pointers on the target machine
3937 can have different values but still call the same function when
3938 used in an indirect call.
3939
3940 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
3941 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
3942 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
3943 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
3944 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
3945 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
3946 @item @samp{save_stack_block}
3947 @itemx @samp{save_stack_function}
3948 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
3949 @itemx @samp{restore_stack_block}
3950 @itemx @samp{restore_stack_function}
3951 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
3952 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
3953 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
3954 such machines.
3955
3956 Some machines require special handling for stack pointer saves and
3957 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
3958 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
3959 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
3960 saves and restores are:
3961
3962 @enumerate
3963 @item
3964 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
3965 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
3966 restores the stack pointer when the block is exited.
3967
3968 @item
3969 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
3970 similar job for the outermost block of a function and are used when the
3971 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
3972 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
3973 restore sequence on some machines.
3974
3975 @item
3976 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
3977 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
3978 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
3979 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
3980 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
3981 and restoring additional data such as register window information or
3982 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
3983 such required data.
3984 @end enumerate
3985
3986 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
3987 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
3988 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
3989 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
3990 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
3991 for a particular type of save (either because no save is needed or
3992 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
3993 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
3994 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
3995 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
3996
3997 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
3998 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
3999 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
4000
4001 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
4002 @item @samp{allocate_stack}
4003 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
4004 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
4005
4006 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
4007 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
4008 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
4009 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
4010 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
4011 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
4012 stack is free.
4013
4014 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
4015 Some machines require other operations such as stack probes or
4016 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
4017 operations in addition to updating the stack pointer.
4018
4019 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
4020 @item @samp{check_stack}
4021 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
4022 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
4023 to perform the needed check and signaling an error if the stack
4024 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
4025 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
4026 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
4027 limit from a global or thread-specific variable or register.
4028
4029 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
4030 @item @samp{nonlocal_goto}
4031 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
4032 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
4033 each representing a value to be used in the jump.  The first
4034 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
4035 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
4036 the third is the address of a location where the stack is saved,
4037 and the last is the address of the label, to be placed in the
4038 location for the incoming static chain.
4039
4040 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
4041 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
4042 and static chain, restore the stack (using the
4043 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
4044 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
4045 not work on your machine.
4046
4047 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
4048 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
4049 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
4050 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
4051 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
4052 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
4053 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
4054 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
4055 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
4056 There are no arguments.
4057
4058 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
4059 @item @samp{exception_receiver}
4060 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
4061 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
4062 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
4063 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
4064 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
4065 an exception.  There are no arguments.
4066
4067 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
4068 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
4069 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
4070 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
4071 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
4072 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
4073 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
4074 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
4075 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
4076 the first three are normally used by the generic mechanism.
4077
4078 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
4079 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
4080 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
4081 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
4082 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
4083 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
4084 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
4085 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
4086 at a small offset from that label.
4087
4088 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
4089 @item @samp{builtin_longjmp}
4090 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
4091 You will not normally need to define this pattern unless you also define
4092 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
4093 @code{jmp_buf}.
4094
4095 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
4096 @item @samp{eh_return}
4097 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
4098 and thence the call frame exception handling library routines, are
4099 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
4100 the abnormal return path.
4101
4102 The address of the exception handler to which the function should return
4103 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
4104 the pattern to some special register or memory location.
4105 If the pattern needs to determine the location of the target call
4106 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
4107 if defined; it will have already been assigned.
4108
4109 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
4110 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
4111 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
4112 handling is to be used.
4113
4114 @cindex @code{prologue} instruction pattern
4115 @anchor{prologue instruction pattern}
4116 @item @samp{prologue}
4117 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
4118 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
4119 pointer register, saving callee saved registers, etc.
4120
4121 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
4122 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
4123
4124 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
4125 instruction scheduling.
4126
4127 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
4128 @anchor{epilogue instruction pattern}
4129 @item @samp{epilogue}
4130 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
4131 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
4132 registers and emitting the return instruction.
4133
4134 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
4135 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
4136
4137 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
4138 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
4139
4140 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
4141 @item @samp{sibcall_epilogue}
4142 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
4143 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
4144 sibling call (aka tail call) sites.
4145
4146 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
4147 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
4148 function.
4149
4150 @cindex @code{trap} instruction pattern
4151 @item @samp{trap}
4152 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
4153 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
4154 front end to signal `invalid array index' exceptions.
4155
4156 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
4157 @item @samp{conditional_trap}
4158 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
4159 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
4160
4161 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
4162
4163 @smallexample
4164 (define_insn "conditional_trap"
4165   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
4166              [(cc0) (const_int 0)])
4167             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
4168   ""
4169   "@dots{}")
4170 @end smallexample
4171
4172 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
4173 @item @samp{prefetch}
4174
4175 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
4176 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
4177 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
4178 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
4179 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
4180 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
4181 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
4182 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
4183 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
4184
4185 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
4186 the values of operands 1 and 2.
4187
4188 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
4189 @item @samp{memory_barrier}
4190
4191 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
4192 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
4193 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
4194 This pattern has no operands.
4195
4196 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
4197 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
4198
4199 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
4200 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
4201 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
4202 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
4203 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
4204 of the operation; it should contain the contents of the memory
4205 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
4206 a copy of operand 2.
4207
4208 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
4209
4210 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
4211 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
4212 operation and all memory operations after the atomic operation occur
4213 after the atomic operation.
4214
4215 @cindex @code{sync_compare_and_swap_cc@var{mode}} instruction pattern
4216 @item @samp{sync_compare_and_swap_cc@var{mode}}
4217
4218 This pattern is just like @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}, except
4219 it should act as if compare part of the compare-and-swap were issued via
4220 @code{cmp@var{m}}.  This comparison will only be used with @code{EQ} and
4221 @code{NE} branches and @code{setcc} operations.
4222
4223 Some targets do expose the success or failure of the compare-and-swap
4224 operation via the status flags.  Ideally we wouldn't need a separate
4225 named pattern in order to take advantage of this, but the combine pass
4226 does not handle patterns with multiple sets, which is required by
4227 definition for @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}.
4228
4229 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
4230 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
4231 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
4232 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
4233 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
4234 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
4235 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
4236 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
4237 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
4238
4239 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
4240 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
4241 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
4242
4243 The ``nand'' operation is @code{~op0 & op1}.
4244
4245 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
4246 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
4247 operation and all memory operations after the atomic operation occur
4248 after the atomic operation.
4249
4250 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
4251 from a compare-and-swap operation, if defined.
4252
4253 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
4254 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
4255 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
4256 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
4257 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
4258 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
4259 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
4260 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
4261 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
4262
4263 These patterns are emit code for an atomic operation on memory,
4264 and return the value that the memory contained before the operation.
4265 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
4266 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
4267 to the binary operator.
4268
4269 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
4270 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
4271 operation and all memory operations after the atomic operation occur
4272 after the atomic operation.
4273
4274 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
4275 from a compare-and-swap operation, if defined.
4276
4277 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
4278 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
4279 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
4280 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
4281 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
4282 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
4283 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
4284 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
4285 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
4286
4287 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
4288 except that they return the value that exists in the memory location
4289 after the operation, rather than before the operation.
4290
4291 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
4292 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
4293
4294 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
4295 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
4296 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
4297 is the value to set in the lock.
4298
4299 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
4300 which the previous value in memory operand is copied into the result
4301 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
4302
4303 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
4304 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
4305 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
4306 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
4307 The true contents of the memory operand are implementation defined.
4308
4309 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
4310 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
4311 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
4312
4313 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
4314 a compare-and-swap operation, if defined.
4315
4316 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
4317 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
4318
4319 This pattern, if defined, releases a lock set by
4320 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
4321 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
4322
4323 If the target doesn't implement full semantics for
4324 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
4325 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
4326 of the memory operand are implementation defined.
4327
4328 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
4329 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
4330 released only after all previous memory operations have completed.
4331
4332 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
4333 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
4334
4335 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
4336 @item @samp{stack_protect_set}
4337
4338 This pattern, if defined, moves a @code{Pmode} value from the memory
4339 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
4340 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
4341 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
4342 having clobbered it.
4343
4344 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
4345
4346 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
4347 @item @samp{stack_protect_test}
4348
4349 This pattern, if defined, compares a @code{Pmode} value from the
4350 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
4351 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
4352 weren't equal.
4353
4354 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
4355 conditional branch pattern is used.
4356
4357 @end table
4358
4359 @end ifset
4360 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
4361 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
4362 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
4363 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
4364 @ifset INTERNALS
4365 @node Pattern Ordering
4366 @section When the Order of Patterns Matters
4367 @cindex Pattern Ordering
4368 @cindex Ordering of Patterns
4369
4370 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
4371 pattern that appears first in the machine description is the one used.
4372 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
4373 and faster instructions (those that will produce better code when they
4374 do match) should usually go first in the description.
4375
4376 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
4377 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
4378 instruction for converting a fullword to floating point and another
4379 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
4380 an integer to floating point could match either one.  We put the
4381 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
4382 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
4383 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
4384 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
4385 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
4386 constant value.
4387
4388 @end ifset
4389 @ifset INTERNALS
4390 @node Dependent Patterns
4391 @section Interdependence of Patterns
4392 @cindex Dependent Patterns
4393 @cindex Interdependence of Patterns
4394
4395 Every machine description must have a named pattern for each of the
4396 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
4397 must always have the form
4398
4399 @smallexample
4400 (set (pc)
4401      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
4402                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
4403                    (pc)))
4404 @end smallexample
4405
4406 @noindent
4407 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
4408 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
4409 look like
4410
4411 @smallexample
4412 (set (pc)
4413      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
4414                    (pc)
4415                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
4416 @end smallexample
4417
4418 @noindent
4419 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
4420 branches into reverse-conditional branches.
4421
4422 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
4423 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
4424 example,
4425
4426 @smallexample
4427 (define_insn ""
4428   [(set (pc)
4429         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
4430                                       [(cc0) (const_int 0)])
4431                       (pc)
4432                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
4433   "@var{condition}"
4434   "@dots{}")
4435 @end smallexample
4436
4437 In some cases machines support instructions identical except for the
4438 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
4439 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
4440 patterns are
4441
4442 @smallexample
4443 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
4444      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
4445
4446 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
4447      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
4448 @end smallexample
4449
4450 @noindent
4451 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
4452 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
4453 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
4454 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
4455 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
4456 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
4457
4458 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
4459 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
4460 compilations.
4461
4462 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
4463 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
4464 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
4465 you should not provide separate patterns for increment and decrement
4466 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
4467 that supports register-register add insns by examining the operands and
4468 generating the appropriate machine instruction.
4469
4470 @end ifset
4471 @ifset INTERNALS
4472 @node Jump Patterns
4473 @section Defining Jump Instruction Patterns
4474 @cindex jump instruction patterns
4475 @cindex defining jump instruction patterns
4476
4477 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
4478 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
4479 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
4480 insn tests the condition code and branches or not according its value.
4481 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
4482 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
4483 way.
4484
4485 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
4486 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
4487 these machines is to treat them just like the others until the final stage
4488 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
4489 compare instruction, peek ahead at the following branch using
4490 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
4491 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
4492 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
4493 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
4494 can treat signed and unsigned branches identically.
4495
4496 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
4497 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
4498 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
4499 until the end.
4500
4501 To go with this technique, you must define the machine-description macro
4502 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
4503 compare instruction is superfluous.
4504
4505 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
4506 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
4507 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
4508 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
4509 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
4510
4511 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
4512 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
4513 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
4514 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
4515 above in addition to any special patterns you define.
4516
4517 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
4518 code and there may not even be a separate condition code register.  On
4519 these machines, the restriction that the definition and use of the
4520 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
4521 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
4522 delay for taken branches unless the condition code register is set three
4523 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
4524 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
4525 separate the definition and use of the condition code register.
4526
4527 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
4528 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
4529 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
4530 comparison result can be placed in any general register, or if there are
4531 multiple condition registers, use a pseudo register.
4532
4533 @findex prev_cc0_setter
4534 @findex next_cc0_user
4535 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
4536 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
4537 SPARC, setting the condition code directly from an add or subtract
4538 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
4539 instruction does, so a different branch instruction must be used for
4540 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
4541 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
4542 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
4543 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
4544 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
4545 and @code{next_cc0_user}.
4546
4547 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
4548 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
4549 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
4550 we use the machine mode of the condition code register to record
4551 different formats of the condition code register.
4552
4553 Registers used to store the condition code value should have a mode that
4554 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
4555 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
4556 the SPARC), define them in @file{@var{machine}-modes.def}
4557 (@pxref{Condition Code}).  Also define @code{SELECT_CC_MODE} to choose
4558 a mode given an operand of a compare.
4559
4560 If it is known during RTL generation that a different mode will be
4561 required (for example, if the machine has separate compare instructions
4562 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
4563 be specified at that time.
4564
4565 If the cases that require different modes would be made by instruction
4566 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
4567 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
4568 written using that mode.  To support the case of the add on the SPARC
4569 discussed above, we have the pattern
4570
4571 @smallexample
4572 (define_insn ""
4573   [(set (reg:CC_NOOV 0)
4574         (compare:CC_NOOV
4575           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
4576                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
4577           (const_int 0)))]
4578   ""
4579   "@dots{}")
4580 @end smallexample
4581
4582 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the SPARC returns @code{CC_NOOVmode}
4583 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
4584
4585 @end ifset
4586 @ifset INTERNALS
4587 @node Looping Patterns
4588 @section Defining Looping Instruction Patterns
4589 @cindex looping instruction patterns
4590 @cindex defining looping instruction patterns
4591
4592 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
4593 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
4594 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
4595 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
4596 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
4597 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
4598 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
4599 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
4600 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
4601 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
4602 the jump.
4603
4604 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
4605 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
4606 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
4607 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
4608 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
4609 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
4610 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
4611 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
4612 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
4613 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
4614 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
4615 following for its @code{dbra} instruction:
4616
4617 @smallexample
4618 @group
4619 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
4620   [(set (pc)
4621         (if_then_else
4622           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
4623                        (const_int -1))
4624               (const_int 0))
4625           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
4626           (pc)))
4627    (set (match_dup 0)
4628         (plus:SI (match_dup 0)
4629                  (const_int -1)))]
4630   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
4631   "@dots{}")
4632 @end group
4633 @end smallexample
4634
4635 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
4636 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
4637 since this insn is generated by the instruction combination phase
4638 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
4639 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
4640 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
4641 pattern will not be matched by the combiner.
4642
4643 @smallexample
4644 @group
4645 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
4646   [(set (pc)
4647         (if_then_else
4648           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
4649               (const_int 1))
4650           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
4651           (pc)))
4652    (set (match_dup 0)
4653         (plus:SI (match_dup 0)
4654                  (const_int -1)))]
4655   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
4656   "@dots{}")
4657 @end group
4658 @end smallexample
4659
4660 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
4661 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
4662 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
4663 information collected during strength reduction.
4664
4665 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
4666 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
4667 is an optional companion pattern that can be used for initialization
4668 needed for some low-overhead looping instructions.
4669
4670 Note that some machines require the actual looping instruction to be
4671 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
4672 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
4673 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
4674 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
4675 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
4676 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
4677 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
4678 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
4679 desired special iteration counter register was not allocated, this
4680 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
4681 instruction pair.
4682
4683 The essential difference between the
4684 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
4685 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
4686 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
4687 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
4688 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
4689 may become redundant and removed by the flow pass.
4690
4691
4692 @end ifset
4693 @ifset INTERNALS
4694 @node Insn Canonicalizations
4695 @section Canonicalization of Instructions
4696 @cindex canonicalization of instructions
4697 @cindex insn canonicalization
4698
4699 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
4700 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
4701 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
4702 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
4703 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
4704 number of insn patterns required.
4705
4706 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
4707 are performed:
4708
4709 @itemize @bullet
4710 @item
4711 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
4712 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
4713 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
4714 be supplied.
4715
4716 @item
4717 For associative operators, a sequence of operators will always chain
4718 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
4719 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
4720 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
4721 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
4722 floating-point.
4723
4724 @item
4725 @cindex @code{neg}, canonicalization of
4726 @cindex @code{not}, canonicalization of
4727 @cindex @code{mult}, canonicalization of
4728 @cindex @code{plus}, canonicalization of
4729 @cindex @code{minus}, canonicalization of
4730 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
4731 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
4732 first operand.
4733
4734 @item
4735 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
4736 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
4737 the operations as far as possible.  For instance,
4738 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
4739 @code{(plus (mult (neg A) B) C)} is canonicalized as
4740 @code{(minus A (mult B C))}.
4741
4742 @cindex @code{compare}, canonicalization of
4743 @item
4744 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
4745 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
4746 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
4747 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
4748 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
4749 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
4750 such an instruction.
4751
4752 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
4753 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
4754 above.
4755
4756 @item
4757 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
4758 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
4759
4760 @item
4761 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
4762 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
4763
4764 @cindex @code{ior}, canonicalization of
4765 @cindex @code{and}, canonicalization of
4766 @cindex De Morgan's law
4767 @item
4768 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
4769 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
4770 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
4771
4772 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
4773 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
4774 for that instruction as
4775
4776 @smallexample
4777 (define_insn ""
4778   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
4779         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
4780                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
4781   "@dots{}"
4782   "@dots{}")
4783 @end smallexample
4784
4785 @noindent
4786 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
4787
4788 @smallexample
4789 (define_insn ""
4790   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
4791         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
4792                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
4793   "@dots{}"
4794   "@dots{}")
4795 @end smallexample
4796
4797 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
4798 logically equivalent RTL expressions.
4799
4800 @cindex @code{xor}, canonicalization of
4801 @item
4802 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
4803 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
4804 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
4805
4806 @item
4807 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
4808 the form
4809
4810 @smallexample
4811 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
4812 @end smallexample
4813
4814 @item
4815 On machines that do not use @code{cc0},
4816 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
4817 @var{x}.
4818
4819 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
4820 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
4821 @item
4822 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
4823 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
4824 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
4825
4826 @end itemize
4827
4828 Further canonicalization rules are defined in the function
4829 @code{commutative_operand_precedence} in @file{gcc/rtlanal.c}.
4830
4831 @end ifset
4832 @ifset INTERNALS
4833 @node Expander Definitions
4834 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
4835 @cindex expander definitions
4836 @cindex code generation RTL sequences
4837 @cindex defining RTL sequences for code generation
4838
4839 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
4840 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
4841 represent them.  For these target machines, you can write a
4842 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
4843
4844 @findex define_expand
4845 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
4846 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
4847 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
4848
4849 A @code{define_expand} RTX has four operands:
4850
4851 @itemize @bullet
4852 @item
4853 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
4854 use for it is to refer to it by name.
4855
4856 @item
4857 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
4858 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
4859 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
4860
4861 @item
4862 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
4863 used to express how the availability of this pattern depends on
4864 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
4865 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
4866 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
4867 depend on the data in the insn being matched, but only the
4868 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
4869 during initialization in order to learn exactly which named instructions
4870 are available in a particular run.
4871
4872 @item
4873 The preparation statements, a string containing zero or more C
4874 statements which are to be executed before RTL code is generated from
4875 the RTL template.
4876
4877 Usually these statements prepare temporary registers for use as
4878 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
4879 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
4880 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
4881 @end itemize
4882
4883 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
4884 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
4885 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
4886 it.
4887
4888 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
4889 also describes the operands that need to be specified when this pattern
4890 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
4891
4892 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
4893 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
4894 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
4895 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
4896 information to preload the operand into a register if that is required for
4897 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
4898 references should use @code{match_dup}.
4899
4900 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
4901 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
4902 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
4903 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
4904 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
4905 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
4906 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
4907 compute the values and store them into the appropriate elements of
4908 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
4909
4910 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
4911 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
4912 as a statement.
4913
4914 @table @code
4915
4916 @findex DONE
4917 @item DONE
4918 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
4919 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
4920 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
4921 preparation statements; the RTL template will not be generated.
4922
4923 @findex FAIL
4924 @item FAIL
4925 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
4926 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
4927 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
4928
4929 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
4930 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
4931 operations.
4932 @end table
4933
4934 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
4935 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
4936 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
4937 insn.
4938
4939 The RTL template is not used for matching, only for generating the
4940 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
4941 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
4942 list of operands, such as this example:
4943
4944 @smallexample
4945 @group
4946 (define_expand "addsi3"
4947   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4948    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4949    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
4950 @end group
4951 @group
4952   ""
4953   "
4954 @{
4955   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
4956   DONE;
4957 @}")
4958 @end group
4959 @end smallexample
4960
4961 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
4962
4963 @smallexample
4964 @group
4965 (define_expand "ashlsi3"
4966   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4967         (ashift:SI
4968 @end group
4969 @group
4970           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4971           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
4972   ""
4973   "
4974 @end group
4975 @end smallexample
4976
4977 @smallexample
4978 @group
4979 @{
4980   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
4981       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
4982     FAIL;
4983 @}")
4984 @end group
4985 @end smallexample
4986
4987 @noindent
4988 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
4989 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
4990 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
4991 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
4992 library call).
4993
4994 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
4995 patterns with names, then it would be possible to use a
4996 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
4997 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
4998
4999 @smallexample
5000 (define_expand "zero_extendhisi2"
5001   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
5002         (const_int 0))
5003    (set (strict_low_part
5004           (subreg:HI
5005             (match_dup 0)
5006             0))
5007         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
5008   ""
5009   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
5010 @end smallexample
5011
5012 @noindent
5013 @findex make_safe_from
5014 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
5015 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
5016 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
5017 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
5018 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
5019 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
5020 by emitting another RTL insn.
5021
5022 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
5023 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
5024 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
5025 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
5026 on this machine.  So it must be copied into a register with
5027 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
5028
5029 @smallexample
5030 (define_expand "zero_extendhisi2"
5031   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5032         (and:SI (subreg:SI
5033                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
5034                   0)
5035                 (match_dup 2)))]
5036   ""
5037   "operands[2]
5038      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
5039 @end smallexample
5040
5041 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
5042 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
5043 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
5044 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
5045 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
5046 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
5047 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
5048 in the compiler.
5049
5050 @end ifset
5051 @ifset INTERNALS
5052 @node Insn Splitting
5053 @section Defining How to Split Instructions
5054 @cindex insn splitting
5055 @cindex instruction splitting
5056 @cindex splitting instructions
5057
5058 There are two cases where you should specify how to split a pattern
5059 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
5060 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
5061 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
5062 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
5063 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
5064 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
5065 cannot be placed into a delay slot.
5066
5067 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
5068 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
5069 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
5070 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
5071 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
5072 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
5073 scheduling.
5074
5075 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
5076 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
5077 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
5078 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
5079 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
5080 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
5081 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
5082 split the addition into two insns is machine-dependent.
5083
5084 @findex define_split
5085 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
5086 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
5087
5088 @smallexample
5089 (define_split
5090   [@var{insn-pattern}]
5091   "@var{condition}"
5092   [@var{new-insn-pattern-1}
5093    @var{new-insn-pattern-2}
5094    @dots{}]
5095   "@var{preparation-statements}")
5096 @end smallexample
5097
5098 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
5099 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
5100 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
5101 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
5102 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
5103 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
5104
5105 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
5106 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
5107 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
5108 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
5109 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
5110 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
5111 must not allocate any space in the stack frame.
5112
5113 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
5114 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
5115 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
5116 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
5117 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
5118 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
5119 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
5120 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
5121 of those definitions.
5122
5123 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
5124 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
5125 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
5126
5127 @smallexample
5128 (define_split
5129   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
5130         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
5131   ""
5132   [(set (match_dup 0)
5133         (ashift:SI (match_dup 1)
5134                    (const_int 16)))
5135    (set (match_dup 0)
5136         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
5137                      (const_int 16)))]
5138   "
5139 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
5140 @end smallexample
5141
5142 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
5143 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
5144 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
5145 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
5146 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
5147 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
5148 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
5149 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
5150 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
5151 @code{define_split} that will never produce insns that match).
5152
5153 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
5154 @file{rs6000.md}:
5155
5156 @smallexample
5157 (define_split
5158   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
5159         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
5160                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
5161   ""
5162   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
5163    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
5164 "
5165 @{
5166   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
5167   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
5168
5169   if (low & 0x8000)
5170     high++, low |= 0xffff0000;
5171
5172   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
5173   operands[4] = GEN_INT (low);
5174 @}")
5175 @end smallexample
5176
5177 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
5178 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
5179 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
5180 can be substituted into the address of a subsequent operation.
5181
5182 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
5183 an equality comparison of a register and a large constant:
5184
5185 @smallexample
5186 (define_split
5187   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
5188         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
5189                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
5190    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
5191   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
5192    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
5193        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
5194   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
5195    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
5196   "
5197 @{
5198   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
5199      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
5200      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
5201
5202   int c = INTVAL (operands[2]);
5203   int sextc = (c << 16) >> 16;
5204   int xorv = c ^ sextc;
5205
5206   operands[4] = GEN_INT (xorv);
5207   operands[5] = GEN_INT (sextc);
5208 @}")
5209 @end smallexample
5210
5211 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
5212 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
5213 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
5214 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
5215 are not valid.
5216
5217 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
5218 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
5219 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
5220 several restriction apply.
5221
5222 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
5223 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
5224 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
5225 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
5226 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
5227 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
5228 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
5229 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
5230 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
5231 forward jumps to the newly created labels.
5232
5233 @findex define_insn_and_split
5234 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
5235 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
5236 this:
5237
5238 @smallexample
5239 (define_insn_and_split
5240   [@var{insn-pattern}]
5241   "@var{condition}"
5242   "@var{output-template}"
5243   "@var{split-condition}"
5244   [@var{new-insn-pattern-1}
5245    @var{new-insn-pattern-2}
5246    @dots{}]
5247   "@var{preparation-statements}"
5248   [@var{insn-attributes}])
5249
5250 @end smallexample
5251
5252 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
5253 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
5254 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
5255 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
5256 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
5257 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
5258 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
5259 from i386.md:
5260
5261 @smallexample
5262 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
5263   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
5264      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
5265    (clobber (reg:CC 17))]
5266   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
5267   "#"
5268   "&& reload_completed"
5269   [(parallel [(set (match_dup 0)
5270                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
5271               (clobber (reg:CC 17))])]
5272   ""
5273   [(set_attr "type" "alu1")])
5274
5275 @end smallexample
5276
5277 In this case, the actual split condition will be
5278 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
5279
5280 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
5281 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
5282 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
5283 having to ensure the two patterns' templates match.
5284
5285 @end ifset
5286 @ifset INTERNALS
5287 @node Including Patterns
5288 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
5289 @cindex insn includes
5290
5291 @findex include
5292 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
5293 look for patterns that are in files other than in the file
5294 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
5295
5296 It looks like:
5297
5298 @smallexample
5299
5300 (include
5301   @var{pathname})
5302 @end smallexample
5303
5304 For example:
5305
5306 @smallexample
5307
5308 (include "filestuff")
5309
5310 @end smallexample
5311
5312 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
5313 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
5314 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
5315
5316
5317 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
5318 and placed into subdirectories.
5319
5320 By specifying:
5321
5322 @smallexample
5323
5324 (include "BOGUS/filestuff")
5325
5326 @end smallexample
5327
5328 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
5329
5330 Specifying an absolute path for the include file such as;
5331 @smallexample
5332
5333 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
5334
5335 @end smallexample
5336 is permitted but is not encouraged.
5337
5338 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
5339 @cindex directory options .md
5340 @cindex options, directory search
5341 @cindex search options
5342
5343 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
5344 For example:
5345
5346 @smallexample
5347
5348 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
5349
5350 @end smallexample
5351
5352
5353 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
5354 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
5355 file, substituting your own version, since these directories are
5356 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
5357 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
5358 order; the standard default directory come after.
5359
5360
5361 @end ifset
5362 @ifset INTERNALS
5363 @node Peephole Definitions
5364 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
5365 @cindex peephole optimizer definitions
5366 @cindex defining peephole optimizers
5367
5368 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
5369 definitions of machine-specific peephole optimizations.
5370
5371 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
5372 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
5373 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
5374 though the second one does not appear to use a register computed in the
5375 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
5376 opportunities.
5377
5378 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
5379 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
5380 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
5381 is deprecated.
5382
5383 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
5384 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
5385 but before scheduling, which may result in much better code for
5386 targets that do scheduling.
5387
5388 @menu
5389 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
5390 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
5391 @end menu
5392
5393 @end ifset
5394 @ifset INTERNALS
5395 @node define_peephole
5396 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
5397 @findex define_peephole
5398
5399 @need 1000
5400 A definition looks like this:
5401
5402 @smallexample
5403 (define_peephole
5404   [@var{insn-pattern-1}
5405    @var{insn-pattern-2}
5406    @dots{}]
5407   "@var{condition}"
5408   "@var{template}"
5409   "@var{optional-insn-attributes}")
5410 @end smallexample
5411
5412 @noindent
5413 The last string operand may be omitted if you are not using any
5414 machine-specific information in this machine description.  If present,
5415 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
5416
5417 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
5418 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
5419 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
5420 the next, and so on.
5421
5422 Each of the insns matched by a peephole must also match a
5423 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
5424 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
5425 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
5426 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
5427 stages.
5428
5429 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
5430 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
5431 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
5432 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
5433 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
5434 other.
5435
5436 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
5437 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
5438 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
5439 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
5440 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
5441
5442 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
5443 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
5444 previously tested.
5445
5446 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
5447 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
5448 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
5449 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
5450 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
5451 patterns.
5452
5453 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
5454 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
5455 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
5456 the operands.
5457
5458 @findex prev_active_insn
5459 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
5460 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
5461 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
5462 to refer to the last of the insns being matched; use
5463 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
5464
5465 @findex dead_or_set_p
5466 When optimizing computations with intermediate results, you can use
5467 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
5468 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
5469 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
5470 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
5471 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
5472 value (from @code{operands[@var{i}]}).
5473
5474 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
5475 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
5476 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
5477 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
5478 used in matching the original sequence of insns.
5479
5480 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
5481 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
5482 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
5483 as the insn pattern to control how the insn is output.
5484
5485 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
5486 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
5487
5488 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
5489
5490 @smallexample
5491 (define_peephole
5492   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
5493    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
5494         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
5495   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
5496 @{
5497   rtx xoperands[2];
5498   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
5499 #ifdef MOTOROLA
5500   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
5501   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
5502   return "fmove.d (sp)+,%0";
5503 #else
5504   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
5505   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
5506   return "fmoved sp@@+,%0";
5507 #endif
5508 @})
5509 @end smallexample
5510
5511 @need 1000
5512 The effect of this optimization is to change
5513
5514 @smallexample
5515 @group
5516 jbsr _foobar
5517 addql #4,sp
5518 movel d1,sp@@-
5519 movel d0,sp@@-
5520 fmoved sp@@+,fp0
5521 @end group
5522 @end smallexample
5523
5524 @noindent
5525 into
5526
5527 @smallexample
5528 @group
5529 jbsr _foobar
5530 movel d1,sp@@
5531 movel d0,sp@@-
5532 fmoved sp@@+,fp0
5533 @end group
5534 @end smallexample
5535
5536 @ignore
5537 @findex CC_REVERSED
5538 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
5539 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
5540 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
5541 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
5542 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
5543 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
5544 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
5545 and in this C code check the condition code status flags and change the
5546 assembler code as appropriate.
5547 @end ignore
5548
5549 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
5550 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
5551 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
5552 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
5553 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
5554 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
5555 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
5556 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
5557 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
5558
5559 @smallexample
5560 (define_insn "divmodsi4"
5561   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
5562         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
5563                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
5564    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
5565         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
5566   "TARGET_68020"
5567   "divsl%.l %2,%3:%0")
5568 @end smallexample
5569
5570 @noindent
5571 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
5572
5573 @smallexample
5574 (define_peephole
5575   [@dots{}
5576    (parallel
5577     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
5578           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
5579                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
5580      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
5581           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
5582    @dots{}]
5583   @dots{})
5584 @end smallexample
5585
5586 @end ifset
5587 @ifset INTERNALS
5588 @node define_peephole2
5589 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
5590 @findex define_peephole2
5591
5592 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
5593 substitute one sequence of instructions for another sequence,
5594 what additional scratch registers may be needed and what their
5595 lifetimes must be.
5596
5597 @smallexample
5598 (define_peephole2
5599   [@var{insn-pattern-1}
5600    @var{insn-pattern-2}
5601    @dots{}]
5602   "@var{condition}"
5603   [@var{new-insn-pattern-1}
5604    @var{new-insn-pattern-2}
5605    @dots{}]
5606   "@var{preparation-statements}")
5607 @end smallexample
5608
5609 The definition is almost identical to @code{define_split}
5610 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
5611 single instruction, but a sequence of instructions.
5612
5613 It is possible to request additional scratch registers for use in the
5614 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
5615 will simply not match.
5616
5617 @findex match_scratch
5618 @findex match_dup
5619 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
5620 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
5621 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
5622 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
5623 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
5624 at which the register must be available.
5625
5626 Here is an example from the IA-32 machine description:
5627
5628 @smallexample
5629 (define_peephole2
5630   [(match_scratch:SI 2 "r")
5631    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5632                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
5633                      [(match_dup 0)
5634                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
5635               (clobber (reg:CC 17))])]
5636   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
5637   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
5638    (parallel [(set (match_dup 0)
5639                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
5640               (clobber (reg:CC 17))])]
5641   "")
5642 @end smallexample
5643
5644 @noindent
5645 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
5646 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
5647 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
5648 to be live only at the point just before the arithmetic.
5649
5650 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
5651 so here's a silly made-up example:
5652
5653 @smallexample
5654 (define_peephole2
5655   [(match_scratch:SI 4 "r")
5656    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
5657    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
5658    (match_dup 4)
5659    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
5660   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
5661   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
5662    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
5663    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
5664    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
5665   "")
5666 @end smallexample
5667
5668 @noindent
5669 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
5670 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
5671 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
5672
5673 @end ifset
5674 @ifset INTERNALS
5675 @node Insn Attributes
5676 @section Instruction Attributes
5677 @cindex insn attributes
5678 @cindex instruction attributes
5679
5680 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
5681 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
5682 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
5683 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
5684 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
5685 to track the condition codes.
5686
5687 @menu
5688 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
5689 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
5690 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
5691 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
5692 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
5693 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
5694 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
5695 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
5696 @end menu
5697
5698 @end ifset
5699 @ifset INTERNALS
5700 @node Defining Attributes
5701 @subsection Defining Attributes and their Values
5702 @cindex defining attributes and their values
5703 @cindex attributes, defining
5704
5705 @findex define_attr
5706 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
5707 by the target machine.  It looks like:
5708
5709 @smallexample
5710 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
5711 @end smallexample
5712
5713 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
5714
5715 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
5716 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
5717 indicate that the attribute takes numeric values.
5718
5719 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
5720 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
5721 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
5722 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
5723 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
5724
5725 @findex insn-attr.h
5726 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
5727 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
5728 specified for an attribute, the following are defined:
5729
5730 @itemize @bullet
5731 @item
5732 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
5733
5734 @item
5735 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
5736 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
5737 the attribute name and value are first converted to uppercase.
5738
5739 @item
5740 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
5741 returns the attribute value for that insn.
5742 @end itemize
5743
5744 For example, if the following is present in the @file{md} file:
5745
5746 @smallexample
5747 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
5748 @end smallexample
5749
5750 @noindent
5751 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
5752
5753 @smallexample
5754 #define HAVE_ATTR_type
5755 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
5756                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
5757 extern enum attr_type get_attr_type ();
5758 @end smallexample
5759
5760 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
5761 defined and the function to obtain the attribute's value will return
5762 @code{int}.
5763
5764 @end ifset
5765 @ifset INTERNALS
5766 @node Expressions
5767 @subsection Attribute Expressions
5768 @cindex attribute expressions
5769
5770 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
5771 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
5772 Attribute value expressions must have one of the following forms:
5773
5774 @table @code
5775 @cindex @code{const_int} and attributes
5776 @item (const_int @var{i})
5777 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
5778 must be non-negative.
5779
5780 The value of a numeric attribute can be specified either with a
5781 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
5782 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
5783 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
5784 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
5785
5786 @cindex @code{const_string} and attributes
5787 @item (const_string @var{value})
5788 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
5789 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
5790 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
5791 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
5792 of a @code{define_attr}.
5793
5794 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
5795 must be a string containing a non-negative integer (normally
5796 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
5797 contain one of the valid values for the attribute.
5798
5799 @cindex @code{if_then_else} and attributes
5800 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
5801 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
5802 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
5803 otherwise it is @var{false-value}.
5804
5805 @cindex @code{cond} and attributes
5806 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
5807 The first operand of this expression is a vector containing an even
5808 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
5809 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
5810 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
5811 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
5812 expression is that of the @var{default} expression.
5813 @end table
5814
5815 @var{test} expressions can have one of the following forms:
5816
5817 @table @code
5818 @cindex @code{const_int} and attribute tests
5819 @item (const_int @var{i})
5820 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
5821
5822 @cindex @code{not} and attributes
5823 @cindex @code{ior} and attributes
5824 @cindex @code{and} and attributes
5825 @item (not @var{test})
5826 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
5827 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
5828 These tests are true if the indicated logical function is true.
5829
5830 @cindex @code{match_operand} and attributes
5831 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
5832 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
5833 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
5834 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
5835 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
5836 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
5837 string).
5838
5839 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
5840
5841 @cindex @code{le} and attributes
5842 @cindex @code{leu} and attributes
5843 @cindex @code{lt} and attributes
5844 @cindex @code{gt} and attributes
5845 @cindex @code{gtu} and attributes
5846 @cindex @code{ge} and attributes
5847 @cindex @code{geu} and attributes
5848 @cindex @code{ne} and attributes
5849 @cindex @code{eq} and attributes
5850 @cindex @code{plus} and attributes
5851 @cindex @code{minus} and attributes
5852 @cindex @code{mult} and attributes
5853 @cindex @code{div} and attributes
5854 @cindex @code{mod} and attributes
5855 @cindex @code{abs} and attributes
5856 @cindex @code{neg} and attributes
5857 @cindex @code{ashift} and attributes
5858 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
5859 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
5860 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
5861 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
5862 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
5863 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
5864 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
5865 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
5866 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
5867 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
5868 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
5869 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
5870 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
5871 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
5872 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
5873 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
5874 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
5875
5876 @findex get_attr
5877 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
5878 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
5879 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
5880 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
5881 variable.
5882
5883 @findex eq_attr
5884 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
5885 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
5886
5887 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
5888 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
5889 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
5890 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
5891 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
5892 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
5893 @emph{not} in the specified list.
5894
5895 For example,
5896
5897 @smallexample
5898 (eq_attr "type" "load,store")
5899 @end smallexample
5900
5901 @noindent
5902 is equivalent to
5903
5904 @smallexample
5905 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
5906 @end smallexample
5907
5908 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
5909 value of the compiler variable @code{which_alternative}
5910 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
5911 example,
5912
5913 @smallexample
5914 (eq_attr "alternative" "2,3")
5915 @end smallexample
5916
5917 @noindent
5918 is equivalent to
5919
5920 @smallexample
5921 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
5922      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
5923 @end smallexample
5924
5925 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
5926 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
5927 a particular pattern.  This is by far the most common case.
5928
5929 @findex attr_flag
5930 @item (attr_flag @var{name})
5931 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
5932 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
5933 scheduled.
5934
5935 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
5936 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
5937 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
5938 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
5939 if a conditional branch is expected to be taken.
5940
5941 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
5942 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
5943
5944 This example describes a conditional branch delay slot which
5945 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
5946 for backward branches which are not taken (annul-false).
5947
5948 @smallexample
5949 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
5950   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
5951    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
5952         (attr_flag "forward"))
5953    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
5954         (attr_flag "backward"))])
5955 @end smallexample
5956
5957 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
5958 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5959
5960 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
5961 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5962 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
5963 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5964
5965 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
5966 meaning to other passes of the compiler.
5967
5968 @findex attr
5969 @item (attr @var{name})
5970 The value of another attribute is returned.  This is most useful
5971 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
5972 produce more efficient code for non-numeric attributes.
5973 @end table
5974
5975 @end ifset
5976 @ifset INTERNALS
5977 @node Tagging Insns
5978 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
5979 @cindex tagging insns
5980 @cindex assigning attribute values to insns
5981
5982 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
5983 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
5984 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
5985 have an optional last argument to specify the values of attributes for
5986 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
5987 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
5988 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
5989 permits the specification of the values for only one or two attributes
5990 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
5991 next section.
5992
5993 The optional last argument of @code{define_insn} and
5994 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
5995 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
5996 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
5997 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
5998 second operand of the @code{set} is an attribute expression
5999 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
6000
6001 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
6002 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
6003 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
6004 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
6005 each alternative.
6006
6007 @findex set_attr
6008 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
6009 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
6010 specifying a string giving either a single attribute value or a list
6011 of attribute values, one for each alternative.
6012
6013 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
6014 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
6015
6016 @table @code
6017 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
6018 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
6019 or a string containing a comma-separated list giving the values for
6020 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
6021 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
6022
6023 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
6024 which case the attribute will assume its default value for insns matching
6025 that alternative.
6026
6027 @findex set_attr_alternative
6028 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
6029 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
6030 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
6031 tests on the @samp{alternative} attribute.
6032
6033 @findex attr
6034 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
6035 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
6036 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
6037 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
6038 @end table
6039
6040 The following shows three different ways of representing the same
6041 attribute value specification:
6042
6043 @smallexample
6044 (set_attr "type" "load,store,arith")
6045
6046 (set_attr_alternative "type"
6047                       [(const_string "load") (const_string "store")
6048                        (const_string "arith")])
6049
6050 (set (attr "type")
6051      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
6052             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
6053            (const_string "arith")))
6054 @end smallexample
6055
6056 @need 1000
6057 @findex define_asm_attributes
6058 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
6059 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
6060 statement.  It has the form:
6061
6062 @smallexample
6063 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
6064 @end smallexample
6065
6066 @noindent
6067 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
6068 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
6069
6070 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
6071 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
6072
6073 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
6074 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
6075 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
6076 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
6077 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
6078 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
6079 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
6080 of a single machine instruction.
6081
6082 @end ifset
6083 @ifset INTERNALS
6084 @node Attr Example
6085 @subsection Example of Attribute Specifications
6086 @cindex attribute specifications example
6087 @cindex attribute specifications
6088
6089 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
6090 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
6091 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
6092 value.  This attribute is normally used only to define the default value
6093 for other attributes.  An example will clarify this usage.
6094
6095 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
6096 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
6097 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
6098 operations, floating point operations, and branches.
6099
6100 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
6101 the condition code and will limit ourselves to the following possible
6102 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
6103 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
6104 changed if the item previously set into the condition code has been
6105 modified.
6106
6107 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
6108
6109 @smallexample
6110 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
6111
6112 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
6113              (cond [(eq_attr "type" "load")
6114                         (const_string "change0")
6115                     (eq_attr "type" "store,branch")
6116                         (const_string "unchanged")
6117                     (eq_attr "type" "arith")
6118                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
6119                                       (const_string "set")
6120                                       (const_string "clobber"))]
6121                    (const_string "clobber")))
6122
6123 (define_insn ""
6124   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
6125         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
6126   ""
6127   "@@
6128    move %0,%1
6129    load %0,%1
6130    store %0,%1"
6131   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
6132 @end smallexample
6133
6134 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
6135 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
6136 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
6137 full-word result.
6138
6139 @end ifset
6140 @ifset INTERNALS
6141 @node Insn Lengths
6142 @subsection Computing the Length of an Insn
6143 @cindex insn lengths, computing
6144 @cindex computing the length of an insn
6145
6146 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
6147 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
6148 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
6149 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
6150 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
6151 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
6152
6153 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
6154 arithmetic terms are allowed in test expressions:
6155
6156 @table @code
6157 @cindex @code{match_dup} and attributes
6158 @item (match_dup @var{n})
6159 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
6160 must be a @code{label_ref}.
6161
6162 @cindex @code{pc} and attributes
6163 @item (pc)
6164 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
6165 been more consistent with other usage to make this the address of the
6166 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
6167 current insn is to be computed.
6168 @end table
6169
6170 @cindex @code{addr_vec}, length of
6171 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
6172 For normal insns, the length will be determined by value of the
6173 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
6174 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
6175 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
6176
6177 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
6178
6179 The following macros can be used to refine the length computation:
6180
6181 @table @code
6182 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
6183 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
6184 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
6185 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
6186 that contains the initially computed length of the insn and should be
6187 updated with the correct length of the insn.
6188
6189 This macro will normally not be required.  A case in which it is
6190 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
6191 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
6192 may be required.
6193 @end table
6194
6195 @findex get_attr_length
6196 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
6197 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
6198 determine the form of the branch instruction to be written, as the
6199 example below illustrates.
6200
6201 As an example of the specification of variable-length branches, consider
6202 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
6203 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
6204 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
6205 sequence to load the address from memory and then branch to it.
6206
6207 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
6208 as follows:
6209
6210 @smallexample
6211 (define_insn "jump"
6212   [(set (pc)
6213         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
6214   ""
6215 @{
6216    return (get_attr_length (insn) == 4
6217            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
6218 @}
6219   [(set (attr "length")
6220         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
6221                       (const_int 4)
6222                       (const_int 6)))])
6223 @end smallexample
6224
6225 @end ifset
6226 @ifset INTERNALS
6227 @node Constant Attributes
6228 @subsection Constant Attributes
6229 @cindex constant attributes
6230
6231 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
6232 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
6233 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
6234 used to specify which variety of processor is used.  For example,
6235
6236 @smallexample
6237 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
6238  (const
6239   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
6240          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
6241         (const_string "m88000"))))
6242
6243 (define_attr "memory" "fast,slow"
6244  (const
6245   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
6246                 (const_string "fast")
6247                 (const_string "slow"))))
6248 @end smallexample
6249
6250 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
6251 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
6252 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
6253 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
6254 forms involving insn attributes.
6255
6256 @end ifset
6257 @ifset INTERNALS
6258 @node Delay Slots
6259 @subsection Delay Slot Scheduling
6260 @cindex delay slots, defining
6261
6262 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
6263 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
6264 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
6265 after the instruction are executed as if they were located before it.
6266 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
6267 the following instruction before the branch or call is performed.
6268
6269 On some machines, conditional branch instructions can optionally
6270 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
6271 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
6272 instructions that annul if the branch is true and instructions that
6273 annul if the branch is false are supported.
6274
6275 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
6276 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
6277 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
6278 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
6279 instruction scheduling.
6280
6281 @findex define_delay
6282 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
6283 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
6284
6285 @smallexample
6286 (define_delay @var{test}
6287               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
6288                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
6289                @dots{}])
6290 @end smallexample
6291
6292 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
6293 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
6294 required delay slots is determined by the length of the vector specified
6295 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
6296 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
6297 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
6298 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
6299 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
6300 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
6301
6302 For example, in the common case where branch and call insns require
6303 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
6304 call, the following would be placed in the @file{md} file:
6305
6306 @smallexample
6307 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
6308               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
6309 @end smallexample
6310
6311 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
6312 case, each such expression specifies different delay slot requirements
6313 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
6314 expressions are both true.
6315
6316 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
6317 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
6318 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
6319 branch is true, we might represent this as follows:
6320
6321 @smallexample
6322 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
6323    [(eq_attr "type" "!branch,call")
6324     (eq_attr "type" "!branch,call")
6325     (nil)])
6326
6327 (define_delay (eq_attr "type" "call")
6328               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
6329                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
6330 @end smallexample
6331 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
6332
6333 @end ifset
6334 @ifset INTERNALS
6335 @node Processor pipeline description
6336 @subsection Specifying processor pipeline description
6337 @cindex processor pipeline description
6338 @cindex processor functional units
6339 @cindex instruction latency time
6340 @cindex interlock delays
6341 @cindex data dependence delays
6342 @cindex reservation delays
6343 @cindex pipeline hazard recognizer
6344 @cindex automaton based pipeline description
6345 @cindex regular expressions
6346 @cindex deterministic finite state automaton
6347 @cindex automaton based scheduler
6348 @cindex RISC
6349 @cindex VLIW
6350
6351 To achieve better performance, most modern processors
6352 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
6353 processors) have many @dfn{functional units} on which several
6354 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
6355 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
6356 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
6357 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
6358 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
6359 MIPS processors).
6360
6361 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
6362 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
6363 latency time}.  The instruction execution is not started until all
6364 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
6365 complex cases when the instruction execution starts even when the data
6366 are not available but will be ready in given time after the
6367 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
6368 account is simple.  The data dependence (true, output, and
6369 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
6370 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
6371 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
6372 means that two instructions under execution will be in need of shared
6373 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
6374 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
6375 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
6376 processors.
6377
6378 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
6379 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
6380 instruction scheduler has to have an adequate description of the
6381 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
6382 machine descriptions describe processor parallelism and functional
6383 unit reservations for groups of instructions with the aid of
6384 @dfn{regular expressions}.
6385
6386 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
6387 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
6388 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
6389 automatically generated from the processor pipeline description.  The
6390 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
6391 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
6392 the instruction issue is possible if there is a transition from one
6393 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
6394 furthermore, its speed is not dependent on processor
6395 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
6396   processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
6397   can split orthogonal parts of the machine description among several
6398   automata: but then, since each of these must be stepped independently,
6399   this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
6400
6401 @cindex automaton based pipeline description
6402 The rest of this section describes the directives that constitute
6403 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
6404 these constructions within the machine description file is not
6405 important.
6406
6407 @findex define_automaton
6408 @cindex pipeline hazard recognizer
6409 The following optional construction describes names of automata
6410 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
6411 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
6412 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
6413 units to the automata, the total size of the automata is usually
6414 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
6415 construction, only one finite state automaton is generated.
6416
6417 @smallexample
6418 (define_automaton @var{automata-names})
6419 @end smallexample
6420
6421 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
6422 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
6423 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
6424 @code{define_query_cpu_unit}.
6425
6426 @findex define_cpu_unit
6427 @cindex processor functional units
6428 Each processor functional unit used in the description of instruction
6429 reservations should be described by the following construction.
6430
6431 @smallexample
6432 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
6433 @end smallexample
6434
6435 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
6436 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
6437 for other goals.
6438
6439 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
6440 which the unit is bound.  The automaton should be described in
6441 construction @code{define_automaton}.  You should give
6442 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
6443
6444 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
6445 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
6446 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
6447 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
6448 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
6449 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
6450 description of the subsequent constructions.
6451
6452 @findex define_query_cpu_unit
6453 @cindex querying function unit reservations
6454 The following construction describes CPU functional units analogously
6455 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
6456 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
6457 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
6458 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
6459 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
6460 @acronym{VLIW} insn templates).
6461
6462 @smallexample
6463 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
6464 @end smallexample
6465
6466 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
6467 separated by commas.
6468
6469 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
6470 which the unit is bound.
6471
6472 @findex define_insn_reservation
6473 @cindex instruction latency time
6474 @cindex regular expressions
6475 @cindex data bypass
6476 The following construction is the major one to describe pipeline
6477 characteristics of an instruction.
6478
6479 @smallexample
6480 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
6481                          @var{condition} @var{regexp})
6482 @end smallexample
6483
6484 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
6485 instruction.  There is an important difference between the old
6486 description and the automaton based pipeline description.  The latency
6487 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
6488 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
6489 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
6490 zero and the cost of output dependencies is the difference between
6491 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
6492 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
6493 change the default costs for any description by using the target hook
6494 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
6495
6496 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
6497 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
6498 the automaton description file generated for debugging.  The internal
6499 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
6500 good practice to use insn classes described in the processor manual.
6501
6502 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
6503 construction.  You should remember that you will be in trouble if
6504 @var{condition} for two or more different
6505 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
6506 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
6507 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
6508 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
6509 the same value is quite difficult (especially if the conditions
6510 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
6511 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
6512 recognizer considerably.
6513
6514 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
6515 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
6516 expression according to the following syntax:
6517
6518 @smallexample
6519        regexp = regexp "," oneof
6520               | oneof
6521
6522        oneof = oneof "|" allof
6523              | allof
6524
6525        allof = allof "+" repeat
6526              | repeat
6527
6528        repeat = element "*" number
6529               | element
6530
6531        element = cpu_function_unit_name
6532                | reservation_name
6533                | result_name
6534                | "nothing"
6535                | "(" regexp ")"
6536 @end smallexample
6537
6538 @itemize @bullet
6539 @item
6540 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
6541 the reservation.
6542
6543 @item
6544 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
6545 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
6546 regular expression @strong{or} etc.
6547
6548 @item
6549 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
6550 regular expression @strong{and} a reservation described by the
6551 second regular expression @strong{and} etc.
6552
6553 @item
6554 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
6555 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
6556 advancing (see @samp{,}).
6557
6558 @item
6559 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
6560 functional unit.
6561
6562 @item
6563 @samp{reservation_name} --- see description of construction
6564 @samp{define_reservation}.
6565
6566 @item
6567 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
6568 @end itemize
6569
6570 @findex define_reservation
6571 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
6572 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
6573 the common part by the following construction
6574
6575 @smallexample
6576 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
6577 @end smallexample
6578
6579 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
6580 Functional unit names and reservation names are in the same name
6581 space.  So the reservation names should be different from the
6582 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
6583
6584 @findex define_bypass
6585 @cindex instruction latency time
6586 @cindex data bypass
6587 The following construction is used to describe exceptions in the
6588 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
6589
6590 @smallexample
6591 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
6592                [@var{guard}])
6593 @end smallexample
6594
6595 @var{number} defines when the result generated by the instructions
6596 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
6597 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
6598 the string are separated by commas.
6599
6600 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
6601 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
6602 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
6603 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
6604 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
6605 of insn @samp{store} (not a stored value).
6606
6607 @findex exclusion_set
6608 @findex presence_set
6609 @findex final_presence_set
6610 @findex absence_set
6611 @findex final_absence_set
6612 @cindex VLIW
6613 @cindex RISC
6614 The following five constructions are usually used to describe
6615 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
6616 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
6617 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
6618
6619 @smallexample
6620 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
6621 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6622 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6623 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6624 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6625 @end smallexample
6626
6627 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
6628 separated by commas.
6629
6630 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
6631 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
6632 separated by white-spaces.
6633
6634 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
6635 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
6636 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
6637 example, the construction is useful for describing processors
6638 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
6639 functional unit which can execute simultaneously only single floating
6640 point insns or only double floating point insns.
6641
6642 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
6643 functional unit in the first string can not be reserved unless at
6644 least one of pattern of units whose names are in the second string is
6645 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
6646 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
6647 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
6648 construction
6649
6650 @smallexample
6651 (presence_set "slot1" "slot0")
6652 @end smallexample
6653
6654 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
6655 reservation.  In this case we could write
6656
6657 @smallexample
6658 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
6659 @end smallexample
6660
6661 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
6662 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
6663 done.  When an instruction is issued in given automaton state
6664 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
6665 state is changed.  The first state is a source state, the second one
6666 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
6667 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
6668 done on the result reservation.  This construction is useful to
6669 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
6670 For example, if we use
6671
6672 @smallexample
6673 (presence_set "slot1" "slot0")
6674 @end smallexample
6675
6676 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
6677 @samp{slot0} which is absent in the source state).
6678
6679 @smallexample
6680 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
6681 @end smallexample
6682
6683 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
6684
6685 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
6686 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
6687 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
6688 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
6689 this one but it is symmetric).  For example, it is useful for
6690 description that @acronym{VLIW} @samp{slot0} can not be reserved after
6691 @samp{slot1} or @samp{slot2} reservation.  We could describe it by the
6692 following construction
6693
6694 @smallexample
6695 (absence_set "slot2" "slot0, slot1")
6696 @end smallexample
6697
6698 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
6699 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
6700 this case we could write
6701
6702 @smallexample
6703 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
6704 @end smallexample
6705
6706 All functional units mentioned in a set should belong to the same
6707 automaton.
6708
6709 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
6710 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
6711 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
6712
6713 @findex automata_option
6714 @cindex deterministic finite state automaton
6715 @cindex nondeterministic finite state automaton
6716 @cindex finite state automaton minimization
6717 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
6718 the following construction.
6719
6720 @smallexample
6721 (automata_option @var{options})
6722 @end smallexample
6723
6724 @var{options} is a string giving options which affect the generated
6725 code.  Currently there are the following options:
6726
6727 @itemize @bullet
6728 @item
6729 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
6730 only worth to do when we are debugging the description and need to
6731 look more accurately at reservations of states.
6732
6733 @item
6734 @dfn{time} means printing additional time statistics about
6735 generation of automata.
6736
6737 @item
6738 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
6739 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
6740 verification and debugging.
6741
6742 @item
6743 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
6744 non-critical errors.
6745
6746 @item
6747 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
6748 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
6749 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
6750 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
6751 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
6752 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
6753
6754 @item
6755 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
6756 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
6757 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
6758 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
6759 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
6760 huge automaton.
6761 @end itemize
6762
6763 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
6764 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
6765 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
6766 the following functional units.
6767
6768 @smallexample
6769 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
6770 (define_cpu_unit "port0, port1")
6771 @end smallexample
6772
6773 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
6774 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
6775 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
6776 are issued into the second pipeline.  Integer division and
6777 multiplication insns can be executed only in the second integer
6778 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
6779 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
6780 integer division insn can not be issued until the current division
6781 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
6782 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
6783 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
6784 incurred.  To describe all of this we could specify
6785
6786 @smallexample
6787 (define_cpu_unit "div")
6788
6789 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
6790                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
6791
6792 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
6793                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
6794
6795 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
6796                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
6797
6798 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
6799                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
6800
6801 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
6802 @end smallexample
6803
6804 To simplify the description we could describe the following reservation
6805
6806 @smallexample
6807 (define_reservation "finish" "port0|port1")
6808 @end smallexample
6809
6810 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
6811 construction
6812
6813 @smallexample
6814 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
6815                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
6816 @end smallexample
6817
6818
6819 @end ifset
6820 @ifset INTERNALS
6821 @node Conditional Execution
6822 @section Conditional Execution
6823 @cindex conditional execution
6824 @cindex predication
6825
6826 A number of architectures provide for some form of conditional
6827 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
6828 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
6829 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
6830 can be quite tedious to describe these forms directly in the
6831 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
6832
6833 @findex define_cond_exec
6834 @smallexample
6835 (define_cond_exec
6836   [@var{predicate-pattern}]
6837   "@var{condition}"
6838   "@var{output-template}")
6839 @end smallexample
6840
6841 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
6842 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
6843 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
6844 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
6845 alternative.
6846
6847 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
6848 pattern to match.
6849
6850 @findex current_insn_predicate
6851 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
6852 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
6853 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
6854 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
6855 In order to handle the general case, there is a global variable
6856 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
6857 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
6858
6859 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
6860 the @code{predicable} instruction attribute is made.
6861 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
6862 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
6863 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
6864 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
6865 alternative or anything else.
6866
6867 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
6868 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
6869 generated that matches a predicated version of the instruction.
6870 For example,
6871
6872 @smallexample
6873 (define_insn "addsi"
6874   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6875         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6876                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
6877   "@var{test1}"
6878   "add %2,%1,%0")
6879
6880 (define_cond_exec
6881   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
6882        (const_int 0))]
6883   "@var{test2}"
6884   "(%0)")
6885 @end smallexample
6886
6887 @noindent
6888 generates a new pattern
6889
6890 @smallexample
6891 (define_insn ""
6892   [(cond_exec
6893      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
6894      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6895           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6896                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
6897   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
6898   "(%3) add %2,%1,%0")
6899 @end smallexample
6900
6901 @end ifset
6902 @ifset INTERNALS
6903 @node Constant Definitions
6904 @section Constant Definitions
6905 @cindex constant definitions
6906 @findex define_constants
6907
6908 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
6909 can be a maintenance problem.
6910
6911 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
6912 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
6913 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
6914 if the corresponding value had been written instead.  You may use
6915 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
6916 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
6917 a different value.
6918
6919 To come back to the a29k load multiple example, instead of
6920
6921 @smallexample
6922 (define_insn ""
6923   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6924      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6925            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6926       (use (reg:SI 179))
6927       (clobber (reg:SI 179))])]
6928   ""
6929   "loadm 0,0,%1,%2")
6930 @end smallexample
6931
6932 You could write:
6933
6934 @smallexample
6935 (define_constants [
6936     (R_BP 177)
6937     (R_FC 178)
6938     (R_CR 179)
6939     (R_Q  180)
6940 ])
6941
6942 (define_insn ""
6943   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6944      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6945            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6946       (use (reg:SI R_CR))
6947       (clobber (reg:SI R_CR))])]
6948   ""
6949   "loadm 0,0,%1,%2")
6950 @end smallexample
6951
6952 The constants that are defined with a define_constant are also output
6953 in the insn-codes.h header file as #defines.
6954 @end ifset
6955 @ifset INTERNALS
6956 @node Macros
6957 @section Macros
6958 @cindex macros in @file{.md} files
6959
6960 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
6961 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple macro
6962 facilities to make this process easier.
6963
6964 @menu
6965 * Mode Macros::         Generating variations of patterns for different modes.
6966 * Code Macros::         Doing the same for codes.
6967 @end menu
6968
6969 @node Mode Macros
6970 @subsection Mode Macros
6971 @cindex mode macros in @file{.md} files
6972
6973 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
6974 For example:
6975
6976 @itemize @bullet
6977 @item
6978 If a processor has hardware support for both single and double
6979 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
6980 very similar to the @code{DFmode} ones.
6981
6982 @item
6983 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
6984 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
6985 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
6986 @end itemize
6987
6988 Mode macros allow several patterns to be instantiated from one
6989 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
6990 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
6991 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
6992
6993 @menu
6994 * Defining Mode Macros:: Defining a new mode macro.
6995 * Substitutions::        Combining mode macros with substitutions
6996 * Examples::             Examples
6997 @end menu
6998
6999 @node Defining Mode Macros
7000 @subsubsection Defining Mode Macros
7001 @findex define_mode_macro
7002
7003 The syntax for defining a mode macro is:
7004
7005 @smallexample
7006 (define_mode_macro @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") ... (@var{moden} "@var{condn}")])
7007 @end smallexample
7008
7009 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
7010 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
7011 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
7012 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
7013 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
7014 C condition will also require that @var{condi} be true.
7015
7016 For example:
7017
7018 @smallexample
7019 (define_mode_macro P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
7020 @end smallexample
7021
7022 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
7023 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
7024 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
7025 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
7026 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
7027
7028 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
7029 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
7030 to @code{@var{mode}}.  For example:
7031
7032 @smallexample
7033 (define_mode_macro GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
7034 @end smallexample
7035
7036 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
7037 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
7038
7039 Macros are applied in the order they are defined.  This can be
7040 significant if two macros are used in a construct that requires
7041 substitutions.  @xref{Substitutions}.
7042
7043 @node Substitutions
7044 @subsubsection Substitution in Mode Macros
7045 @findex define_mode_attr
7046
7047 If an @file{.md} file construct uses mode macros, each version of the
7048 construct will often need slightly different strings or modes.  For
7049 example:
7050
7051 @itemize @bullet
7052 @item
7053 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
7054 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
7055 appropriate mode name for @var{m}.
7056
7057 @item
7058 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
7059 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
7060
7061 @item
7062 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
7063 using a macro for one of the operand modes usually requires a specific
7064 mode for the other operand(s).
7065 @end itemize
7066
7067 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
7068 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
7069 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
7070 upper case.  You can define other attributes using:
7071
7072 @smallexample
7073 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") ... (@var{moden} "@var{valuen}")])
7074 @end smallexample
7075
7076 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
7077 is the value associated with @var{modei}.
7078
7079 When GCC replaces some @var{:macro} with @var{:mode}, it will scan
7080 each string and mode in the pattern for sequences of the form
7081 @code{<@var{macro}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
7082 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
7083 @code{<...>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
7084 value.
7085
7086 For example, suppose an @file{.md} file has:
7087
7088 @smallexample
7089 (define_mode_macro P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
7090 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
7091 @end smallexample
7092
7093 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
7094 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
7095 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
7096 @code{"ld\t%0,%1"}.
7097
7098 Here is an example of using an attribute for a mode:
7099
7100 @smallexample
7101 (define_mode_macro LONG [SI DI])
7102 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
7103 (define_insn ...
7104   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> ...)) ...)
7105 @end smallexample
7106
7107 The @code{@var{macro}:} prefix may be omitted, in which case the
7108 substitution will be attempted for every macro expansion.
7109
7110 @node Examples
7111 @subsubsection Mode Macro Examples
7112
7113 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
7114 modes and attributes (among others):
7115
7116 @smallexample
7117 (define_mode_macro GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
7118 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
7119 @end smallexample
7120
7121 and uses the following template to define both @code{subsi3}
7122 and @code{subdi3}:
7123
7124 @smallexample
7125 (define_insn "sub<mode>3"
7126   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
7127         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
7128                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
7129   ""
7130   "<d>subu\t%0,%1,%2"
7131   [(set_attr "type" "arith")
7132    (set_attr "mode" "<MODE>")])
7133 @end smallexample
7134
7135 This is exactly equivalent to:
7136
7137 @smallexample
7138 (define_insn "subsi3"
7139   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
7140         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
7141                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
7142   ""
7143   "subu\t%0,%1,%2"
7144   [(set_attr "type" "arith")
7145    (set_attr "mode" "SI")])
7146
7147 (define_insn "subdi3"
7148   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
7149         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
7150                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
7151   ""
7152   "dsubu\t%0,%1,%2"
7153   [(set_attr "type" "arith")
7154    (set_attr "mode" "DI")])
7155 @end smallexample
7156
7157 @node Code Macros
7158 @subsection Code Macros
7159 @cindex code macros in @file{.md} files
7160 @findex define_code_macro
7161 @findex define_code_attr
7162
7163 Code macros operate in a similar way to mode macros.  @xref{Mode Macros}.
7164
7165 The construct:
7166
7167 @smallexample
7168 (define_code_macro @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") ... (@var{coden} "@var{condn}")])
7169 @end smallexample
7170
7171 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
7172 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
7173 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
7174
7175 As with mode macros, each pattern that uses @var{name} will be
7176 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
7177 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
7178 @xref{Defining Mode Macros}.
7179
7180 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
7181 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
7182 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
7183 Other attributes are defined using:
7184
7185 @smallexample
7186 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") ... (@var{coden} "@var{valuen}")])
7187 @end smallexample
7188
7189 Here's an example of code macros in action, taken from the MIPS port:
7190
7191 @smallexample
7192 (define_code_macro any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
7193                              eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
7194
7195 (define_expand "b<code>"
7196   [(set (pc)
7197         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
7198                                    (const_int 0))
7199                       (label_ref (match_operand 0 ""))
7200                       (pc)))]
7201   ""
7202 @{
7203   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
7204   DONE;
7205 @})
7206 @end smallexample
7207
7208 This is equivalent to:
7209
7210 @smallexample
7211 (define_expand "bunordered"
7212   [(set (pc)
7213         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
7214                                     (const_int 0))
7215                       (label_ref (match_operand 0 ""))
7216                       (pc)))]
7217   ""
7218 @{
7219   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
7220   DONE;
7221 @})
7222
7223 (define_expand "bordered"
7224   [(set (pc)
7225         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
7226                                   (const_int 0))
7227                       (label_ref (match_operand 0 ""))
7228                       (pc)))]
7229   ""
7230 @{
7231   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
7232   DONE;
7233 @})
7234
7235 ...
7236 @end smallexample
7237
7238 @end ifset