OSDN Git Service

PR target/35574
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / doc / md.texi
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1996, 1998, 1999, 2000, 2001,
2 @c 2002, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008 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 * Iterators::           Using iterators 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 * Disable Insn Alternatives:: Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute.
1054 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
1055 * Define Constraints::  How to define machine-specific constraints.
1056 * C Constraint Interface:: How to test constraints from C code.
1057 @end menu
1058 @end ifset
1059
1060 @ifclear INTERNALS
1061 @menu
1062 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1063 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1064 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1065 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1066 @end menu
1067 @end ifclear
1068
1069 @node Simple Constraints
1070 @subsection Simple Constraints
1071 @cindex simple constraints
1072
1073 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1074 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1075 the letters that are allowed:
1076
1077 @table @asis
1078 @item whitespace
1079 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1080 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1081 be visually aligned in the machine description even if they have different
1082 number of constraints and modifiers.
1083
1084 @cindex @samp{m} in constraint
1085 @cindex memory references in constraints
1086 @item @samp{m}
1087 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1088 supports in general.
1089 Note that the letter used for the general memory constraint can be
1090 re-defined by a back end using the @code{TARGET_MEM_CONSTRAINT} macro.
1091
1092 @cindex offsettable address
1093 @cindex @samp{o} in constraint
1094 @item @samp{o}
1095 A memory operand is allowed, but only if the address is
1096 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1097 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1098 may be added to the address and the result is also a valid memory
1099 address.
1100
1101 @cindex autoincrement/decrement addressing
1102 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1103 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1104 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1105 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1106 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1107 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1108 addressing modes that the machine supports.
1109
1110 Note that in an output operand which can be matched by another
1111 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1112 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1113 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1114
1115 @cindex @samp{V} in constraint
1116 @item @samp{V}
1117 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1118 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1119
1120 @cindex @samp{<} in constraint
1121 @item @samp{<}
1122 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1123 postdecrement) is allowed.
1124
1125 @cindex @samp{>} in constraint
1126 @item @samp{>}
1127 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1128 postincrement) is allowed.
1129
1130 @cindex @samp{r} in constraint
1131 @cindex registers in constraints
1132 @item @samp{r}
1133 A register operand is allowed provided that it is in a general
1134 register.
1135
1136 @cindex constants in constraints
1137 @cindex @samp{i} in constraint
1138 @item @samp{i}
1139 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1140 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1141 assembly time or later.
1142
1143 @cindex @samp{n} in constraint
1144 @item @samp{n}
1145 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1146 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1147 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1148 rather than @samp{i}.
1149
1150 @cindex @samp{I} in constraint
1151 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1152 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1153 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1154 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1155 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1156 This is the range permitted as a shift count in the shift
1157 instructions.
1158
1159 @cindex @samp{E} in constraint
1160 @item @samp{E}
1161 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1162 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1163 that of the host machine (on which the compiler is running).
1164
1165 @cindex @samp{F} in constraint
1166 @item @samp{F}
1167 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1168 @code{const_vector}) is allowed.
1169
1170 @cindex @samp{G} in constraint
1171 @cindex @samp{H} in constraint
1172 @item @samp{G}, @samp{H}
1173 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1174 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1175
1176 @cindex @samp{s} in constraint
1177 @item @samp{s}
1178 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1179 allowed.
1180
1181 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1182 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1183 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1184 better code to be generated.
1185
1186 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1187 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1188 and 127, better code results from loading the value into a register and
1189 using the register.  This is because the load into the register can be
1190 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1191 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1192 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1193 constraints.
1194
1195 @cindex @samp{g} in constraint
1196 @item @samp{g}
1197 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1198 registers that are not general registers.
1199
1200 @cindex @samp{X} in constraint
1201 @item @samp{X}
1202 @ifset INTERNALS
1203 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1204 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1205 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1206 require a scratch register.
1207 @end ifset
1208 @ifclear INTERNALS
1209 Any operand whatsoever is allowed.
1210 @end ifclear
1211
1212 @cindex @samp{0} in constraint
1213 @cindex digits in constraint
1214 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1215 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1216 digit is used together with letters within the same alternative, the
1217 digit should come last.
1218
1219 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1220 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1221 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1222 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1223 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1224 can use multiple alternatives instead.
1225
1226 @cindex matching constraint
1227 @cindex constraint, matching
1228 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1229 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1230 @ifset INTERNALS
1231 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1232 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1233 @end ifset
1234 @ifclear INTERNALS
1235 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1236 two input operands and an output operand, but on most CISC
1237 @end ifclear
1238 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1239 input-output operand:
1240
1241 @smallexample
1242 addl #35,r12
1243 @end smallexample
1244
1245 Matching constraints are used in these circumstances.
1246 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1247 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1248 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1249 constraint.
1250
1251 @ifset INTERNALS
1252 For operands to match in a particular case usually means that they
1253 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1254 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1255 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1256 For proper results in such cases, the output template should always
1257 use the output-operand's number when printing the operand.
1258 @end ifset
1259
1260 @cindex load address instruction
1261 @cindex push address instruction
1262 @cindex address constraints
1263 @cindex @samp{p} in constraint
1264 @item @samp{p}
1265 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1266 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1267
1268 @findex address_operand
1269 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1270 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1271 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1272 reference for which the address would be valid.
1273
1274 @cindex other register constraints
1275 @cindex extensible constraints
1276 @item @var{other-letters}
1277 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1278 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1279 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1280 for data, address and floating point registers.
1281 @end table
1282
1283 @ifset INTERNALS
1284 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1285 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1286 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1287 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1288 done by copying an operand into a register.
1289
1290 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1291
1292 @smallexample
1293 (define_insn ""
1294   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1295         (plus:SI (match_dup 0)
1296                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1297   ""
1298   "@dots{}")
1299 @end smallexample
1300
1301 @noindent
1302 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1303
1304 @smallexample
1305 (define_insn ""
1306   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1307         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1308                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1309   ""
1310   "@dots{}")
1311 @end smallexample
1312
1313 @noindent
1314 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1315 identical.  If we are considering an insn of the form
1316
1317 @smallexample
1318 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1319   (set (reg:SI 3)
1320        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1321   @dots{})
1322 @end smallexample
1323
1324 @noindent
1325 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1326 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1327 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns''.
1328 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1329 is something wrong with it''.  It would direct the reload pass of the
1330 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1331 results might look like this:
1332
1333 @smallexample
1334 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1335   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1336   @dots{})
1337
1338 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1339   (set (reg:SI 3)
1340        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1341   @dots{})
1342 @end smallexample
1343
1344 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1345 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1346 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1347 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1348 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1349 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1350 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1351 reloading any possible operand so that it will fit.
1352
1353 @itemize @bullet
1354 @item
1355 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1356 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1357
1358 For example, an operand whose constraints permit everything except
1359 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1360
1361 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1362 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1363 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1364 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1365 more selective.
1366
1367 @item
1368 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1369 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1370 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1371 compiler knows how to copy a register into another register of the
1372 proper class in order to make an instruction valid.
1373
1374 @cindex nonoffsettable memory reference
1375 @cindex memory reference, nonoffsettable
1376 @item
1377 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1378 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1379 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1380
1381 @item
1382 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1383 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1384 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1385 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1386
1387 @item
1388 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1389 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1390 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1391 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1392 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1393 objects allowed by the constraint.
1394 @end itemize
1395
1396 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1397 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1398 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1399 how to copy a register temporarily into memory.
1400
1401 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1402 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1403 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1404 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1405 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1406 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1407 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1408 @code{sign_extend}.
1409 @end ifset
1410
1411 @node Multi-Alternative
1412 @subsection Multiple Alternative Constraints
1413 @cindex multiple alternative constraints
1414
1415 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1416 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1417 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1418 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1419 another.
1420
1421 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1422 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1423 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1424 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1425 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1426 @ifset INTERNALS
1427 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1428
1429 @smallexample
1430 (define_insn "iorsi3"
1431   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1432         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1433                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1434   @dots{})
1435 @end smallexample
1436
1437 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1438 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1439 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1440 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1441 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1442 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1443 @end ifset
1444
1445 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1446 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1447 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1448 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1449 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1450 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1451 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1452
1453 @table @code
1454 @cindex @samp{?} in constraint
1455 @cindex question mark
1456 @item ?
1457 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1458 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1459 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1460 in it.
1461
1462 @cindex @samp{!} in constraint
1463 @cindex exclamation point
1464 @item !
1465 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1466 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1467 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1468 @end table
1469
1470 @ifset INTERNALS
1471 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1472 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1473 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1474 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1475 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1476 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1477 @end ifset
1478
1479 @ifset INTERNALS
1480 @node Class Preferences
1481 @subsection Register Class Preferences
1482 @cindex class preference constraints
1483 @cindex register class preference constraints
1484
1485 @cindex voting between constraint alternatives
1486 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1487 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1488 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1489 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1490 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1491 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1492 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1493 favor of a general register.  The machine description says which registers
1494 are considered general.
1495
1496 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1497 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1498 @end ifset
1499
1500 @node Modifiers
1501 @subsection Constraint Modifier Characters
1502 @cindex modifiers in constraints
1503 @cindex constraint modifier characters
1504
1505 @c prevent bad page break with this line
1506 Here are constraint modifier characters.
1507
1508 @table @samp
1509 @cindex @samp{=} in constraint
1510 @item =
1511 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1512 value is discarded and replaced by output data.
1513
1514 @cindex @samp{+} in constraint
1515 @item +
1516 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1517
1518 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1519 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1520 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1521 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1522 are assumed to be input only.
1523
1524 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1525 first character of the constraint string.
1526
1527 @cindex @samp{&} in constraint
1528 @cindex earlyclobber operand
1529 @item &
1530 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1531 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1532 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1533 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1534 address.
1535
1536 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1537 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1538 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1539 @samp{movdf} insn of the 68000.
1540
1541 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1542 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1543 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1544 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1545 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1546
1547 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1548
1549 @cindex @samp{%} in constraint
1550 @item %
1551 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1552 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1553 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1554 constraints.
1555 @ifset INTERNALS
1556 This is often used in patterns for addition instructions
1557 that really have only two operands: the result must go in one of the
1558 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1559 instruction is defined:
1560
1561 @smallexample
1562 (define_insn "addhi3"
1563   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1564      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1565               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1566   @dots{})
1567 @end smallexample
1568 @end ifset
1569 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1570 the compiler may fail.  Note that you need not use the modifier if
1571 the two alternatives are strictly identical; this would only waste
1572 time in the reload pass.  The modifier is not operational after
1573 register allocation, so the result of @code{define_peephole2}
1574 and @code{define_split}s performed after reload cannot rely on
1575 @samp{%} to make the intended insn match.
1576
1577 @cindex @samp{#} in constraint
1578 @item #
1579 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1580 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1581 register preferences.
1582
1583 @cindex @samp{*} in constraint
1584 @item *
1585 Says that the following character should be ignored when choosing
1586 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1587 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1588
1589 @ifset INTERNALS
1590 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1591 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1592 copying it into an address register.  While either kind of register is
1593 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1594 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1595 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1596 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1597 register preferences.
1598
1599 @smallexample
1600 (define_insn "extendhisi2"
1601   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1602         (sign_extend:SI
1603          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1604   @dots{})
1605 @end smallexample
1606 @end ifset
1607 @end table
1608
1609 @node Machine Constraints
1610 @subsection Constraints for Particular Machines
1611 @cindex machine specific constraints
1612 @cindex constraints, machine specific
1613
1614 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1615 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1616 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1617 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1618 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1619 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1620 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1621 immediate-constant format.
1622
1623 Each architecture defines additional constraints.  These constraints
1624 are used by the compiler itself for instruction generation, as well as
1625 for @code{asm} statements; therefore, some of the constraints are not
1626 particularly useful for @code{asm}.  Here is a summary of some of the
1627 machine-dependent constraints available on some particular machines;
1628 it includes both constraints that are useful for @code{asm} and
1629 constraints that aren't.  The compiler source file mentioned in the
1630 table heading for each architecture is the definitive reference for
1631 the meanings of that architecture's constraints.
1632
1633 @table @emph
1634 @item ARM family---@file{config/arm/arm.h}
1635 @table @code
1636 @item f
1637 Floating-point register
1638
1639 @item w
1640 VFP floating-point register
1641
1642 @item F
1643 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1644 or 10.0
1645
1646 @item G
1647 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1648 were negated
1649
1650 @item I
1651 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1652 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1653 multiple of 2
1654
1655 @item J
1656 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1657
1658 @item K
1659 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1660
1661 @item L
1662 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1663
1664 @item M
1665 Integer in the range 0 to 32
1666
1667 @item Q
1668 A memory reference where the exact address is in a single register
1669 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1670
1671 @item R
1672 An item in the constant pool
1673
1674 @item S
1675 A symbol in the text segment of the current file
1676
1677 @item Uv
1678 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1679
1680 @item Uy
1681 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1682
1683 @item Uq
1684 A memory reference suitable for the ARMv4 ldrsb instruction.
1685 @end table
1686
1687 @item AVR family---@file{config/avr/constraints.md}
1688 @table @code
1689 @item l
1690 Registers from r0 to r15
1691
1692 @item a
1693 Registers from r16 to r23
1694
1695 @item d
1696 Registers from r16 to r31
1697
1698 @item w
1699 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1700
1701 @item e
1702 Pointer register (r26--r31)
1703
1704 @item b
1705 Base pointer register (r28--r31)
1706
1707 @item q
1708 Stack pointer register (SPH:SPL)
1709
1710 @item t
1711 Temporary register r0
1712
1713 @item x
1714 Register pair X (r27:r26)
1715
1716 @item y
1717 Register pair Y (r29:r28)
1718
1719 @item z
1720 Register pair Z (r31:r30)
1721
1722 @item I
1723 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1724
1725 @item J
1726 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1727
1728 @item K
1729 Constant integer 2
1730
1731 @item L
1732 Constant integer 0
1733
1734 @item M
1735 Constant that fits in 8 bits
1736
1737 @item N
1738 Constant integer @minus{}1
1739
1740 @item O
1741 Constant integer 8, 16, or 24
1742
1743 @item P
1744 Constant integer 1
1745
1746 @item G
1747 A floating point constant 0.0
1748
1749 @item R
1750 Integer constant in the range -6 @dots{} 5.
1751
1752 @item Q
1753 A memory address based on Y or Z pointer with displacement.
1754 @end table
1755
1756 @item CRX Architecture---@file{config/crx/crx.h}
1757 @table @code
1758
1759 @item b
1760 Registers from r0 to r14 (registers without stack pointer)
1761
1762 @item l
1763 Register r16 (64-bit accumulator lo register)
1764
1765 @item h
1766 Register r17 (64-bit accumulator hi register)
1767
1768 @item k
1769 Register pair r16-r17. (64-bit accumulator lo-hi pair)
1770
1771 @item I
1772 Constant that fits in 3 bits
1773
1774 @item J
1775 Constant that fits in 4 bits
1776
1777 @item K
1778 Constant that fits in 5 bits
1779
1780 @item L
1781 Constant that is one of -1, 4, -4, 7, 8, 12, 16, 20, 32, 48
1782
1783 @item G
1784 Floating point constant that is legal for store immediate
1785 @end table
1786
1787 @item Hewlett-Packard PA-RISC---@file{config/pa/pa.h}
1788 @table @code
1789 @item a
1790 General register 1
1791
1792 @item f
1793 Floating point register
1794
1795 @item q
1796 Shift amount register
1797
1798 @item x
1799 Floating point register (deprecated)
1800
1801 @item y
1802 Upper floating point register (32-bit), floating point register (64-bit)
1803
1804 @item Z
1805 Any register
1806
1807 @item I
1808 Signed 11-bit integer constant
1809
1810 @item J
1811 Signed 14-bit integer constant
1812
1813 @item K
1814 Integer constant that can be deposited with a @code{zdepi} instruction
1815
1816 @item L
1817 Signed 5-bit integer constant
1818
1819 @item M
1820 Integer constant 0
1821
1822 @item N
1823 Integer constant that can be loaded with a @code{ldil} instruction
1824
1825 @item O
1826 Integer constant whose value plus one is a power of 2
1827
1828 @item P
1829 Integer constant that can be used for @code{and} operations in @code{depi}
1830 and @code{extru} instructions
1831
1832 @item S
1833 Integer constant 31
1834
1835 @item U
1836 Integer constant 63
1837
1838 @item G
1839 Floating-point constant 0.0
1840
1841 @item A
1842 A @code{lo_sum} data-linkage-table memory operand
1843
1844 @item Q
1845 A memory operand that can be used as the destination operand of an
1846 integer store instruction
1847
1848 @item R
1849 A scaled or unscaled indexed memory operand
1850
1851 @item T
1852 A memory operand for floating-point loads and stores
1853
1854 @item W
1855 A register indirect memory operand
1856 @end table
1857
1858 @item picoChip family---@file{picochip.h}
1859 @table @code
1860 @item k
1861 Stack register.
1862
1863 @item f
1864 Pointer register.  A register which can be used to access memory without
1865 supplying an offset.  Any other register can be used to access memory,
1866 but will need a constant offset.  In the case of the offset being zero,
1867 it is more efficient to use a pointer register, since this reduces code
1868 size.
1869
1870 @item t
1871 A twin register.  A register which may be paired with an adjacent
1872 register to create a 32-bit register.
1873
1874 @item a
1875 Any absolute memory address (e.g., symbolic constant, symbolic
1876 constant + offset).
1877
1878 @item I
1879 4-bit signed integer.
1880
1881 @item J
1882 4-bit unsigned integer.
1883
1884 @item K
1885 8-bit signed integer.
1886
1887 @item M
1888 Any constant whose absolute value is no greater than 4-bits.
1889
1890 @item N
1891 10-bit signed integer
1892
1893 @item O
1894 16-bit signed integer.
1895
1896 @end table
1897
1898 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{config/rs6000/rs6000.h}
1899 @table @code
1900 @item b
1901 Address base register
1902
1903 @item f
1904 Floating point register
1905
1906 @item v
1907 Vector register
1908
1909 @item h
1910 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1911
1912 @item q
1913 @samp{MQ} register
1914
1915 @item c
1916 @samp{CTR} register
1917
1918 @item l
1919 @samp{LINK} register
1920
1921 @item x
1922 @samp{CR} register (condition register) number 0
1923
1924 @item y
1925 @samp{CR} register (condition register)
1926
1927 @item z
1928 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1929
1930 @item I
1931 Signed 16-bit constant
1932
1933 @item J
1934 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1935 @code{SImode} constants)
1936
1937 @item K
1938 Unsigned 16-bit constant
1939
1940 @item L
1941 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1942
1943 @item M
1944 Constant larger than 31
1945
1946 @item N
1947 Exact power of 2
1948
1949 @item O
1950 Zero
1951
1952 @item P
1953 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1954
1955 @item G
1956 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1957 instruction per word
1958
1959 @item H
1960 Integer/Floating point constant that can be loaded into a register using
1961 three instructions
1962
1963 @item Q
1964 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1965 for @code{asm} statements)
1966
1967 @item Z
1968 Memory operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{m} is
1969 preferable for @code{asm} statements)
1970
1971 @item R
1972 AIX TOC entry
1973
1974 @item a
1975 Address operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{p} is
1976 preferable for @code{asm} statements)
1977
1978 @item S
1979 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1980
1981 @item T
1982 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1983
1984 @item U
1985 System V Release 4 small data area reference
1986
1987 @item t
1988 AND masks that can be performed by two rldic@{l, r@} instructions
1989
1990 @item W
1991 Vector constant that does not require memory
1992
1993 @end table
1994
1995 @item Intel 386---@file{config/i386/constraints.md}
1996 @table @code
1997 @item R
1998 Legacy register---the eight integer registers available on all
1999 i386 processors (@code{a}, @code{b}, @code{c}, @code{d},
2000 @code{si}, @code{di}, @code{bp}, @code{sp}).
2001
2002 @item q
2003 Any register accessible as @code{@var{r}l}.  In 32-bit mode, @code{a},
2004 @code{b}, @code{c}, and @code{d}; in 64-bit mode, any integer register.
2005
2006 @item Q
2007 Any register accessible as @code{@var{r}h}: @code{a}, @code{b},
2008 @code{c}, and @code{d}.
2009
2010 @ifset INTERNALS
2011 @item l
2012 Any register that can be used as the index in a base+index memory
2013 access: that is, any general register except the stack pointer.
2014 @end ifset
2015
2016 @item a
2017 The @code{a} register.
2018
2019 @item b
2020 The @code{b} register.
2021
2022 @item c
2023 The @code{c} register.
2024
2025 @item d
2026 The @code{d} register.
2027
2028 @item S
2029 The @code{si} register.
2030
2031 @item D
2032 The @code{di} register.
2033
2034 @item A
2035 The @code{a} and @code{d} registers, as a pair (for instructions that
2036 return half the result in one and half in the other).
2037
2038 @item f
2039 Any 80387 floating-point (stack) register.
2040
2041 @item t
2042 Top of 80387 floating-point stack (@code{%st(0)}).
2043
2044 @item u
2045 Second from top of 80387 floating-point stack (@code{%st(1)}).
2046
2047 @item y
2048 Any MMX register.
2049
2050 @item x
2051 Any SSE register.
2052
2053 @ifset INTERNALS
2054 @item Y
2055 Any SSE2 register.
2056 @end ifset
2057
2058 @item I
2059 Integer constant in the range 0 @dots{} 31, for 32-bit shifts.
2060
2061 @item J
2062 Integer constant in the range 0 @dots{} 63, for 64-bit shifts.
2063
2064 @item K
2065 Signed 8-bit integer constant.
2066
2067 @item L
2068 @code{0xFF} or @code{0xFFFF}, for andsi as a zero-extending move.
2069
2070 @item M
2071 0, 1, 2, or 3 (shifts for the @code{lea} instruction).
2072
2073 @item N
2074 Unsigned 8-bit integer constant (for @code{in} and @code{out} 
2075 instructions).
2076
2077 @ifset INTERNALS
2078 @item O
2079 Integer constant in the range 0 @dots{} 127, for 128-bit shifts.
2080 @end ifset
2081
2082 @item G
2083 Standard 80387 floating point constant.
2084
2085 @item C
2086 Standard SSE floating point constant.
2087
2088 @item e
2089 32-bit signed integer constant, or a symbolic reference known
2090 to fit that range (for immediate operands in sign-extending x86-64
2091 instructions).
2092
2093 @item Z
2094 32-bit unsigned integer constant, or a symbolic reference known
2095 to fit that range (for immediate operands in zero-extending x86-64
2096 instructions).
2097
2098 @end table
2099
2100 @item Intel IA-64---@file{config/ia64/ia64.h}
2101 @table @code
2102 @item a
2103 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
2104
2105 @item b
2106 Branch register
2107
2108 @item c
2109 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
2110
2111 @item d
2112 Application register residing in M-unit
2113
2114 @item e
2115 Application register residing in I-unit
2116
2117 @item f
2118 Floating-point register
2119
2120 @item m
2121 Memory operand.
2122 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
2123 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
2124 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
2125
2126 @item G
2127 Floating-point constant 0.0 or 1.0
2128
2129 @item I
2130 14-bit signed integer constant
2131
2132 @item J
2133 22-bit signed integer constant
2134
2135 @item K
2136 8-bit signed integer constant for logical instructions
2137
2138 @item L
2139 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
2140
2141 @item M
2142 6-bit unsigned integer constant for shift counts
2143
2144 @item N
2145 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
2146
2147 @item O
2148 The constant zero
2149
2150 @item P
2151 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
2152
2153 @item Q
2154 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
2155
2156 @item R
2157 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
2158
2159 @item S
2160 Memory operand except postincrement and postdecrement
2161 @end table
2162
2163 @item FRV---@file{config/frv/frv.h}
2164 @table @code
2165 @item a
2166 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2167
2168 @item b
2169 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2170
2171 @item c
2172 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
2173 @code{icc0} to @code{icc3}).
2174
2175 @item d
2176 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2177
2178 @item e
2179 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2180 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2181 mode larger than 4 bytes.
2182
2183 @item f
2184 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2185
2186 @item h
2187 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2188 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2189 mode larger than 4 bytes.
2190
2191 @item l
2192 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2193
2194 @item q
2195 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2196 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2197 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2198
2199 @item t
2200 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2201
2202 @item u
2203 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2204
2205 @item v
2206 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2207
2208 @item w
2209 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2210
2211 @item x
2212 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2213 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2214 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2215
2216 @item z
2217 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2218
2219 @item A
2220 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2221
2222 @item B
2223 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2224
2225 @item C
2226 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2227
2228 @item G
2229 Floating point constant zero
2230
2231 @item I
2232 6-bit signed integer constant
2233
2234 @item J
2235 10-bit signed integer constant
2236
2237 @item L
2238 16-bit signed integer constant
2239
2240 @item M
2241 16-bit unsigned integer constant
2242
2243 @item N
2244 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2245 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2246
2247 @item O
2248 Constant zero
2249
2250 @item P
2251 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2252 range of 1 to 2047.
2253
2254 @end table
2255
2256 @item Blackfin family---@file{config/bfin/constraints.md}
2257 @table @code
2258 @item a
2259 P register
2260
2261 @item d
2262 D register
2263
2264 @item z
2265 A call clobbered P register.
2266
2267 @item q@var{n}
2268 A single register.  If @var{n} is in the range 0 to 7, the corresponding D
2269 register.  If it is @code{A}, then the register P0.
2270
2271 @item D
2272 Even-numbered D register
2273
2274 @item W
2275 Odd-numbered D register
2276
2277 @item e
2278 Accumulator register.
2279
2280 @item A
2281 Even-numbered accumulator register.
2282
2283 @item B
2284 Odd-numbered accumulator register.
2285
2286 @item b
2287 I register
2288
2289 @item v
2290 B register
2291
2292 @item f
2293 M register
2294
2295 @item c
2296 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
2297
2298 @item C
2299 The CC register.
2300
2301 @item t
2302 LT0 or LT1.
2303
2304 @item k
2305 LC0 or LC1.
2306
2307 @item u
2308 LB0 or LB1.
2309
2310 @item x
2311 Any D, P, B, M, I or L register.
2312
2313 @item y
2314 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2315 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2316
2317 @item w
2318 Any register except accumulators or CC.
2319
2320 @item Ksh
2321 Signed 16 bit integer (in the range -32768 to 32767)
2322
2323 @item Kuh
2324 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2325
2326 @item Ks7
2327 Signed 7 bit integer (in the range -64 to 63)
2328
2329 @item Ku7
2330 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2331
2332 @item Ku5
2333 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2334
2335 @item Ks4
2336 Signed 4 bit integer (in the range -8 to 7)
2337
2338 @item Ks3
2339 Signed 3 bit integer (in the range -3 to 4)
2340
2341 @item Ku3
2342 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2343
2344 @item P@var{n}
2345 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2346
2347 @item PA
2348 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2349 use with either accumulator.
2350
2351 @item PB
2352 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2353 use only with accumulator A1.
2354
2355 @item M1
2356 Constant 255.
2357
2358 @item M2
2359 Constant 65535.
2360
2361 @item J
2362 An integer constant with exactly a single bit set.
2363
2364 @item L
2365 An integer constant with all bits set except exactly one.
2366
2367 @item H
2368
2369 @item Q
2370 Any SYMBOL_REF.
2371 @end table
2372
2373 @item M32C---@file{config/m32c/m32c.c}
2374 @table @code
2375 @item Rsp
2376 @itemx Rfb
2377 @itemx Rsb
2378 @samp{$sp}, @samp{$fb}, @samp{$sb}.
2379
2380 @item Rcr
2381 Any control register, when they're 16 bits wide (nothing if control
2382 registers are 24 bits wide)
2383
2384 @item Rcl
2385 Any control register, when they're 24 bits wide.
2386
2387 @item R0w
2388 @itemx R1w
2389 @itemx R2w
2390 @itemx R3w
2391 $r0, $r1, $r2, $r3.
2392
2393 @item R02
2394 $r0 or $r2, or $r2r0 for 32 bit values.
2395
2396 @item R13
2397 $r1 or $r3, or $r3r1 for 32 bit values.
2398
2399 @item Rdi
2400 A register that can hold a 64 bit value.
2401
2402 @item Rhl
2403 $r0 or $r1 (registers with addressable high/low bytes)
2404
2405 @item R23
2406 $r2 or $r3
2407
2408 @item Raa
2409 Address registers
2410
2411 @item Raw
2412 Address registers when they're 16 bits wide.
2413
2414 @item Ral
2415 Address registers when they're 24 bits wide.
2416
2417 @item Rqi
2418 Registers that can hold QI values.
2419
2420 @item Rad
2421 Registers that can be used with displacements ($a0, $a1, $sb).
2422
2423 @item Rsi
2424 Registers that can hold 32 bit values.
2425
2426 @item Rhi
2427 Registers that can hold 16 bit values.
2428
2429 @item Rhc
2430 Registers chat can hold 16 bit values, including all control
2431 registers.
2432
2433 @item Rra
2434 $r0 through R1, plus $a0 and $a1.
2435
2436 @item Rfl
2437 The flags register.
2438
2439 @item Rmm
2440 The memory-based pseudo-registers $mem0 through $mem15.
2441
2442 @item Rpi
2443 Registers that can hold pointers (16 bit registers for r8c, m16c; 24
2444 bit registers for m32cm, m32c).
2445
2446 @item Rpa
2447 Matches multiple registers in a PARALLEL to form a larger register.
2448 Used to match function return values.
2449
2450 @item Is3
2451 -8 @dots{} 7
2452
2453 @item IS1
2454 -128 @dots{} 127
2455
2456 @item IS2
2457 -32768 @dots{} 32767
2458
2459 @item IU2
2460 0 @dots{} 65535
2461
2462 @item In4
2463 -8 @dots{} -1 or 1 @dots{} 8
2464
2465 @item In5
2466 -16 @dots{} -1 or 1 @dots{} 16
2467
2468 @item In6
2469 -32 @dots{} -1 or 1 @dots{} 32
2470
2471 @item IM2
2472 -65536 @dots{} -1
2473
2474 @item Ilb
2475 An 8 bit value with exactly one bit set.
2476
2477 @item Ilw
2478 A 16 bit value with exactly one bit set.
2479
2480 @item Sd
2481 The common src/dest memory addressing modes.
2482
2483 @item Sa
2484 Memory addressed using $a0 or $a1.
2485
2486 @item Si
2487 Memory addressed with immediate addresses.
2488
2489 @item Ss
2490 Memory addressed using the stack pointer ($sp).
2491
2492 @item Sf
2493 Memory addressed using the frame base register ($fb).
2494
2495 @item Ss
2496 Memory addressed using the small base register ($sb).
2497
2498 @item S1
2499 $r1h
2500 @end table
2501
2502 @item MIPS---@file{config/mips/constraints.md}
2503 @table @code
2504 @item d
2505 An address register.  This is equivalent to @code{r} unless
2506 generating MIPS16 code.
2507
2508 @item f
2509 A floating-point register (if available).
2510
2511 @item h
2512 Formerly the @code{hi} register.  This constraint is no longer supported.
2513
2514 @item l
2515 The @code{lo} register.  Use this register to store values that are
2516 no bigger than a word.
2517
2518 @item x
2519 The concatenated @code{hi} and @code{lo} registers.  Use this register
2520 to store doubleword values.
2521
2522 @item c
2523 A register suitable for use in an indirect jump.  This will always be
2524 @code{$25} for @option{-mabicalls}.
2525
2526 @item v
2527 Register @code{$3}.  Do not use this constraint in new code;
2528 it is retained only for compatibility with glibc.
2529
2530 @item y
2531 Equivalent to @code{r}; retained for backwards compatibility.
2532
2533 @item z
2534 A floating-point condition code register.
2535
2536 @item I
2537 A signed 16-bit constant (for arithmetic instructions).
2538
2539 @item J
2540 Integer zero.
2541
2542 @item K
2543 An unsigned 16-bit constant (for logic instructions).
2544
2545 @item L
2546 A signed 32-bit constant in which the lower 16 bits are zero.
2547 Such constants can be loaded using @code{lui}.
2548
2549 @item M
2550 A constant that cannot be loaded using @code{lui}, @code{addiu}
2551 or @code{ori}.
2552
2553 @item N
2554 A constant in the range -65535 to -1 (inclusive).
2555
2556 @item O
2557 A signed 15-bit constant.
2558
2559 @item P
2560 A constant in the range 1 to 65535 (inclusive).
2561
2562 @item G
2563 Floating-point zero.
2564
2565 @item R
2566 An address that can be used in a non-macro load or store.
2567 @end table
2568
2569 @item Motorola 680x0---@file{config/m68k/constraints.md}
2570 @table @code
2571 @item a
2572 Address register
2573
2574 @item d
2575 Data register
2576
2577 @item f
2578 68881 floating-point register, if available
2579
2580 @item I
2581 Integer in the range 1 to 8
2582
2583 @item J
2584 16-bit signed number
2585
2586 @item K
2587 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2588
2589 @item L
2590 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2591
2592 @item M
2593 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2594
2595 @item N
2596 Range 24 to 31, rotatert:SI 8 to 1 expressed as rotate
2597
2598 @item O
2599 16 (for rotate using swap)
2600
2601 @item P
2602 Range 8 to 15, rotatert:HI 8 to 1 expressed as rotate
2603
2604 @item R
2605 Numbers that mov3q can handle
2606
2607 @item G
2608 Floating point constant that is not a 68881 constant
2609
2610 @item S
2611 Operands that satisfy 'm' when -mpcrel is in effect
2612
2613 @item T
2614 Operands that satisfy 's' when -mpcrel is not in effect
2615
2616 @item Q
2617 Address register indirect addressing mode
2618
2619 @item U
2620 Register offset addressing
2621
2622 @item W
2623 const_call_operand
2624
2625 @item Cs
2626 symbol_ref or const
2627
2628 @item Ci
2629 const_int
2630
2631 @item C0
2632 const_int 0
2633
2634 @item Cj
2635 Range of signed numbers that don't fit in 16 bits
2636
2637 @item Cmvq
2638 Integers valid for mvq
2639
2640 @item Capsw
2641 Integers valid for a moveq followed by a swap
2642
2643 @item Cmvz
2644 Integers valid for mvz
2645
2646 @item Cmvs
2647 Integers valid for mvs
2648
2649 @item Ap
2650 push_operand
2651
2652 @item Ac
2653 Non-register operands allowed in clr
2654
2655 @end table
2656
2657 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{config/m68hc11/m68hc11.h}
2658 @table @code
2659 @item a
2660 Register `a'
2661
2662 @item b
2663 Register `b'
2664
2665 @item d
2666 Register `d'
2667
2668 @item q
2669 An 8-bit register
2670
2671 @item t
2672 Temporary soft register _.tmp
2673
2674 @item u
2675 A soft register _.d1 to _.d31
2676
2677 @item w
2678 Stack pointer register
2679
2680 @item x
2681 Register `x'
2682
2683 @item y
2684 Register `y'
2685
2686 @item z
2687 Pseudo register `z' (replaced by `x' or `y' at the end)
2688
2689 @item A
2690 An address register: x, y or z
2691
2692 @item B
2693 An address register: x or y
2694
2695 @item D
2696 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
2697
2698 @item L
2699 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
2700
2701 @item M
2702 Constants whose 16-bit low part is zero
2703
2704 @item N
2705 Constant integer 1 or @minus{}1
2706
2707 @item O
2708 Constant integer 16
2709
2710 @item P
2711 Constants in the range @minus{}8 to 2
2712
2713 @end table
2714
2715 @need 1000
2716 @item SPARC---@file{config/sparc/sparc.h}
2717 @table @code
2718 @item f
2719 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
2720 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
2721
2722 @item e
2723 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
2724 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
2725 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
2726
2727 @item c
2728 Floating-point condition code register.
2729
2730 @item d
2731 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
2732 architecture when the Visual Instruction Set is available.
2733
2734 @item b
2735 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
2736 when the Visual Instruction Set is available.
2737
2738 @item h
2739 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
2740
2741 @item D
2742 A vector constant
2743
2744 @item I
2745 Signed 13-bit constant
2746
2747 @item J
2748 Zero
2749
2750 @item K
2751 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2752 loaded with the @code{sethi} instruction)
2753
2754 @item L
2755 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2756
2757 @item M
2758 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2759
2760 @item N
2761 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2762 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2763 modes wider than @code{SImode}
2764
2765 @item O
2766 The constant 4096
2767
2768 @item G
2769 Floating-point zero
2770
2771 @item H
2772 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2773
2774 @item Q
2775 Floating-point constant whose integral representation can
2776 be moved into an integer register using a single sethi
2777 instruction
2778
2779 @item R
2780 Floating-point constant whose integral representation can
2781 be moved into an integer register using a single mov
2782 instruction
2783
2784 @item S
2785 Floating-point constant whose integral representation can
2786 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2787 instruction sequence
2788
2789 @item T
2790 Memory address aligned to an 8-byte boundary
2791
2792 @item U
2793 Even register
2794
2795 @item W
2796 Memory address for @samp{e} constraint registers
2797
2798 @item Y
2799 Vector zero
2800
2801 @end table
2802
2803 @item SPU---@file{config/spu/spu.h}
2804 @table @code
2805 @item a
2806 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.  
2807
2808 @item c
2809 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.  
2810
2811 @item d
2812 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 64 bit value.  
2813
2814 @item f
2815 An immediate which can be loaded with @code{fsmbi}.  
2816
2817 @item A
2818 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2819
2820 @item B
2821 An immediate for most arithmetic instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2822
2823 @item C
2824 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2825
2826 @item D
2827 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2828
2829 @item I
2830 A constant in the range [-64, 63] for shift/rotate instructions.  
2831
2832 @item J
2833 An unsigned 7-bit constant for conversion/nop/channel instructions.  
2834
2835 @item K
2836 A signed 10-bit constant for most arithmetic instructions.  
2837
2838 @item M
2839 A signed 16 bit immediate for @code{stop}.  
2840
2841 @item N
2842 An unsigned 16-bit constant for @code{iohl} and @code{fsmbi}.  
2843
2844 @item O
2845 An unsigned 7-bit constant whose 3 least significant bits are 0.  
2846
2847 @item P
2848 An unsigned 3-bit constant for 16-byte rotates and shifts 
2849
2850 @item R
2851 Call operand, reg, for indirect calls 
2852
2853 @item S
2854 Call operand, symbol, for relative calls.  
2855
2856 @item T
2857 Call operand, const_int, for absolute calls.  
2858
2859 @item U
2860 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is sign extended to 128 bit.  
2861
2862 @item W
2863 An immediate for shift and rotate instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2864
2865 @item Y
2866 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is sign extended as a 128 bit.  
2867
2868 @item Z
2869 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is sign extended to 128 bit.  
2870
2871 @end table
2872
2873 @item S/390 and zSeries---@file{config/s390/s390.h}
2874 @table @code
2875 @item a
2876 Address register (general purpose register except r0)
2877
2878 @item c
2879 Condition code register
2880
2881 @item d
2882 Data register (arbitrary general purpose register)
2883
2884 @item f
2885 Floating-point register
2886
2887 @item I
2888 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2889
2890 @item J
2891 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2892
2893 @item K
2894 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2895
2896 @item L
2897 Value appropriate as displacement.
2898 @table @code
2899 @item (0..4095)
2900 for short displacement
2901 @item (-524288..524287)
2902 for long displacement
2903 @end table
2904
2905 @item M
2906 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
2907
2908 @item N
2909 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
2910 @table @code
2911 @item 0..9:
2912 number of the part counting from most to least significant
2913 @item H,Q:
2914 mode of the part
2915 @item D,S,H:
2916 mode of the containing operand
2917 @item 0,F:
2918 value of the other parts (F---all bits set)
2919 @end table
2920 The constraint matches if the specified part of a constant
2921 has a value different from its other parts.
2922
2923 @item Q
2924 Memory reference without index register and with short displacement.
2925
2926 @item R
2927 Memory reference with index register and short displacement.
2928
2929 @item S
2930 Memory reference without index register but with long displacement.
2931
2932 @item T
2933 Memory reference with index register and long displacement.
2934
2935 @item U
2936 Pointer with short displacement.
2937
2938 @item W
2939 Pointer with long displacement.
2940
2941 @item Y
2942 Shift count operand.
2943
2944 @end table
2945
2946 @item Score family---@file{config/score/score.h}
2947 @table @code
2948 @item d
2949 Registers from r0 to r32.
2950
2951 @item e
2952 Registers from r0 to r16.
2953
2954 @item t
2955 r8---r11 or r22---r27 registers.
2956
2957 @item h
2958 hi register.
2959
2960 @item l
2961 lo register.
2962
2963 @item x
2964 hi + lo register.
2965
2966 @item q
2967 cnt register.
2968
2969 @item y
2970 lcb register.
2971
2972 @item z
2973 scb register.
2974
2975 @item a
2976 cnt + lcb + scb register.
2977
2978 @item c
2979 cr0---cr15 register.
2980
2981 @item b
2982 cp1 registers.
2983
2984 @item f
2985 cp2 registers.
2986
2987 @item i
2988 cp3 registers.
2989
2990 @item j
2991 cp1 + cp2 + cp3 registers.
2992
2993 @item I
2994 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero).
2995
2996 @item J
2997 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31).
2998
2999 @item K
3000 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535).
3001
3002 @item L
3003 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767).
3004
3005 @item M
3006 Unsigned 14 bit integer (in the range 0 to 16383).
3007
3008 @item N
3009 Signed 14 bit integer (in the range @minus{}8192 to 8191).
3010
3011 @item Z
3012 Any SYMBOL_REF.
3013 @end table
3014
3015 @item Xstormy16---@file{config/stormy16/stormy16.h}
3016 @table @code
3017 @item a
3018 Register r0.
3019
3020 @item b
3021 Register r1.
3022
3023 @item c
3024 Register r2.
3025
3026 @item d
3027 Register r8.
3028
3029 @item e
3030 Registers r0 through r7.
3031
3032 @item t
3033 Registers r0 and r1.
3034
3035 @item y
3036 The carry register.
3037
3038 @item z
3039 Registers r8 and r9.
3040
3041 @item I
3042 A constant between 0 and 3 inclusive.
3043
3044 @item J
3045 A constant that has exactly one bit set.
3046
3047 @item K
3048 A constant that has exactly one bit clear.
3049
3050 @item L
3051 A constant between 0 and 255 inclusive.
3052
3053 @item M
3054 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
3055
3056 @item N
3057 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
3058
3059 @item O
3060 A constant between 1 and 4 inclusive.
3061
3062 @item P
3063 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
3064
3065 @item Q
3066 A memory reference that is a stack push.
3067
3068 @item R
3069 A memory reference that is a stack pop.
3070
3071 @item S
3072 A memory reference that refers to a constant address of known value.
3073
3074 @item T
3075 The register indicated by Rx (not implemented yet).
3076
3077 @item U
3078 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
3079
3080 @item Z
3081 The constant 0.
3082
3083 @end table
3084
3085 @item Xtensa---@file{config/xtensa/constraints.md}
3086 @table @code
3087 @item a
3088 General-purpose 32-bit register
3089
3090 @item b
3091 One-bit boolean register
3092
3093 @item A
3094 MAC16 40-bit accumulator register
3095
3096 @item I
3097 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
3098
3099 @item J
3100 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
3101
3102 @item K
3103 Integer constant valid for BccI instructions
3104
3105 @item L
3106 Unsigned constant valid for BccUI instructions
3107
3108 @end table
3109
3110 @end table
3111
3112 @ifset INTERNALS
3113 @node Disable Insn Alternatives
3114 @subsection Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute
3115 @cindex enabled
3116
3117 The @code{enabled} insn attribute may be used to disable certain insn
3118 alternatives for machine-specific reasons.  This is useful when adding
3119 new instructions to an existing pattern which are only available for
3120 certain cpu architecture levels as specified with the @code{-march=}
3121 option.
3122
3123 If an insn alternative is disabled, then it will never be used.  The
3124 compiler treats the constraints for the disabled alternative as
3125 unsatisfiable.
3126
3127 In order to make use of the @code{enabled} attribute a back end has to add
3128 in the machine description files:
3129
3130 @enumerate
3131 @item
3132 A definition of the @code{enabled} insn attribute.  The attribute is
3133 defined as usual using the @code{define_attr} command.  This
3134 definition should be based on other insn attributes and/or target flags.
3135 The @code{enabled} attribute is a numeric attribute and should evaluate to
3136 @code{(const_int 1)} for an enabled alternative and to
3137 @code{(const_int 0)} otherwise.
3138 @item
3139 A definition of another insn attribute used to describe for what
3140 reason an insn alternative might be available or
3141 not.  E.g. @code{cpu_facility} as in the example below.
3142 @item
3143 An assignement for the second attribute to each insn definition
3144 combining instructions which are not all available under the same
3145 circumstances.  (Note: It obviously only makes sense for definitions
3146 with more than one alternative.  Otherwise the insn pattern should be
3147 disabled or enabled using the insn condition.)
3148 @end enumerate
3149
3150 E.g. the following two patterns could easily be merged using the @code{enabled}
3151 attribute:
3152
3153 @smallexample
3154
3155 (define_insn "*movdi_old"
3156   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
3157         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d"))]
3158   "!TARGET_NEW"
3159   "lgr %0,%1")
3160
3161 (define_insn "*movdi_new"
3162   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
3163         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
3164   "TARGET_NEW"
3165   "@@
3166    lgr  %0,%1
3167    ldgr %0,%1
3168    lgdr %0,%1")
3169
3170 @end smallexample
3171
3172 to:
3173
3174 @smallexample
3175
3176 (define_insn "*movdi_combined"
3177   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
3178         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
3179   ""
3180   "@@
3181    lgr  %0,%1
3182    ldgr %0,%1
3183    lgdr %0,%1"
3184   [(set_attr "cpu_facility" "*,new,new")])
3185
3186 @end smallexample
3187
3188 with the @code{enabled} attribute defined like this:
3189
3190 @smallexample
3191
3192 (define_attr "cpu_facility" "standard,new" (const_string "standard"))
3193
3194 (define_attr "enabled" ""
3195   (cond [(eq_attr "cpu_facility" "standard") (const_int 1)
3196          (and (eq_attr "cpu_facility" "new")
3197               (ne (symbol_ref "TARGET_NEW") (const_int 0)))
3198          (const_int 1)]
3199         (const_int 0)))
3200
3201 @end smallexample
3202
3203 @end ifset
3204
3205 @ifset INTERNALS
3206 @node Define Constraints
3207 @subsection Defining Machine-Specific Constraints
3208 @cindex defining constraints
3209 @cindex constraints, defining
3210
3211 Machine-specific constraints fall into two categories: register and
3212 non-register constraints.  Within the latter category, constraints
3213 which allow subsets of all possible memory or address operands should
3214 be specially marked, to give @code{reload} more information.
3215
3216 Machine-specific constraints can be given names of arbitrary length,
3217 but they must be entirely composed of letters, digits, underscores
3218 (@samp{_}), and angle brackets (@samp{< >}).  Like C identifiers, they
3219 must begin with a letter or underscore. 
3220
3221 In order to avoid ambiguity in operand constraint strings, no
3222 constraint can have a name that begins with any other constraint's
3223 name.  For example, if @code{x} is defined as a constraint name,
3224 @code{xy} may not be, and vice versa.  As a consequence of this rule,
3225 no constraint may begin with one of the generic constraint letters:
3226 @samp{E F V X g i m n o p r s}.
3227
3228 Register constraints correspond directly to register classes.
3229 @xref{Register Classes}.  There is thus not much flexibility in their
3230 definitions.
3231
3232 @deffn {MD Expression} define_register_constraint name regclass docstring
3233 All three arguments are string constants.
3234 @var{name} is the name of the constraint, as it will appear in
3235 @code{match_operand} expressions.  If @var{name} is a multi-letter
3236 constraint its length shall be the same for all constraints starting
3237 with the same letter.  @var{regclass} can be either the
3238 name of the corresponding register class (@pxref{Register Classes}),
3239 or a C expression which evaluates to the appropriate register class.
3240 If it is an expression, it must have no side effects, and it cannot
3241 look at the operand.  The usual use of expressions is to map some
3242 register constraints to @code{NO_REGS} when the register class
3243 is not available on a given subarchitecture.
3244
3245 @var{docstring} is a sentence documenting the meaning of the
3246 constraint.  Docstrings are explained further below.
3247 @end deffn
3248
3249 Non-register constraints are more like predicates: the constraint
3250 definition gives a Boolean expression which indicates whether the
3251 constraint matches.
3252
3253 @deffn {MD Expression} define_constraint name docstring exp
3254 The @var{name} and @var{docstring} arguments are the same as for
3255 @code{define_register_constraint}, but note that the docstring comes
3256 immediately after the name for these expressions.  @var{exp} is an RTL
3257 expression, obeying the same rules as the RTL expressions in predicate
3258 definitions.  @xref{Defining Predicates}, for details.  If it
3259 evaluates true, the constraint matches; if it evaluates false, it
3260 doesn't. Constraint expressions should indicate which RTL codes they
3261 might match, just like predicate expressions.
3262
3263 @code{match_test} C expressions have access to the
3264 following variables:
3265
3266 @table @var
3267 @item op
3268 The RTL object defining the operand.
3269 @item mode
3270 The machine mode of @var{op}.
3271 @item ival
3272 @samp{INTVAL (@var{op})}, if @var{op} is a @code{const_int}.
3273 @item hval
3274 @samp{CONST_DOUBLE_HIGH (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3275 @code{const_double}.
3276 @item lval
3277 @samp{CONST_DOUBLE_LOW (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3278 @code{const_double}.
3279 @item rval
3280 @samp{CONST_DOUBLE_REAL_VALUE (@var{op})}, if @var{op} is a floating-point
3281 @code{const_double}.
3282 @end table
3283
3284 The @var{*val} variables should only be used once another piece of the
3285 expression has verified that @var{op} is the appropriate kind of RTL
3286 object.
3287 @end deffn
3288
3289 Most non-register constraints should be defined with
3290 @code{define_constraint}.  The remaining two definition expressions
3291 are only appropriate for constraints that should be handled specially
3292 by @code{reload} if they fail to match.
3293
3294 @deffn {MD Expression} define_memory_constraint name docstring exp
3295 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
3296 operands: that is, @code{reload} can make them match by converting the
3297 operand to the form @samp{@w{(mem (reg @var{X}))}}, where @var{X} is a
3298 base register (from the register class specified by
3299 @code{BASE_REG_CLASS}, @pxref{Register Classes}).
3300
3301 For example, on the S/390, some instructions do not accept arbitrary
3302 memory references, but only those that do not make use of an index
3303 register.  The constraint letter @samp{Q} is defined to represent a
3304 memory address of this type.  If @samp{Q} is defined with
3305 @code{define_memory_constraint}, a @samp{Q} constraint can handle any
3306 memory operand, because @code{reload} knows it can simply copy the
3307 memory address into a base register if required.  This is analogous to
3308 the way a @samp{o} constraint can handle any memory operand.
3309
3310 The syntax and semantics are otherwise identical to
3311 @code{define_constraint}.
3312 @end deffn
3313
3314 @deffn {MD Expression} define_address_constraint name docstring exp
3315 Use this expression for constraints that match a subset of all address
3316 operands: that is, @code{reload} can make the constraint match by
3317 converting the operand to the form @samp{@w{(reg @var{X})}}, again
3318 with @var{X} a base register.
3319
3320 Constraints defined with @code{define_address_constraint} can only be
3321 used with the @code{address_operand} predicate, or machine-specific
3322 predicates that work the same way.  They are treated analogously to
3323 the generic @samp{p} constraint.
3324
3325 The syntax and semantics are otherwise identical to
3326 @code{define_constraint}.
3327 @end deffn
3328
3329 For historical reasons, names beginning with the letters @samp{G H}
3330 are reserved for constraints that match only @code{const_double}s, and
3331 names beginning with the letters @samp{I J K L M N O P} are reserved
3332 for constraints that match only @code{const_int}s.  This may change in
3333 the future.  For the time being, constraints with these names must be
3334 written in a stylized form, so that @code{genpreds} can tell you did
3335 it correctly:
3336
3337 @smallexample
3338 @group
3339 (define_constraint "[@var{GHIJKLMNOP}]@dots{}"
3340   "@var{doc}@dots{}"
3341   (and (match_code "const_int")  ; @r{@code{const_double} for G/H}
3342        @var{condition}@dots{}))            ; @r{usually a @code{match_test}}
3343 @end group
3344 @end smallexample
3345 @c the semicolons line up in the formatted manual
3346
3347 It is fine to use names beginning with other letters for constraints
3348 that match @code{const_double}s or @code{const_int}s.
3349
3350 Each docstring in a constraint definition should be one or more complete
3351 sentences, marked up in Texinfo format.  @emph{They are currently unused.}
3352 In the future they will be copied into the GCC manual, in @ref{Machine
3353 Constraints}, replacing the hand-maintained tables currently found in
3354 that section.  Also, in the future the compiler may use this to give
3355 more helpful diagnostics when poor choice of @code{asm} constraints
3356 causes a reload failure.
3357
3358 If you put the pseudo-Texinfo directive @samp{@@internal} at the
3359 beginning of a docstring, then (in the future) it will appear only in
3360 the internals manual's version of the machine-specific constraint tables.
3361 Use this for constraints that should not appear in @code{asm} statements.
3362
3363 @node C Constraint Interface
3364 @subsection Testing constraints from C
3365 @cindex testing constraints
3366 @cindex constraints, testing
3367
3368 It is occasionally useful to test a constraint from C code rather than
3369 implicitly via the constraint string in a @code{match_operand}.  The
3370 generated file @file{tm_p.h} declares a few interfaces for working
3371 with machine-specific constraints.  None of these interfaces work with
3372 the generic constraints described in @ref{Simple Constraints}.  This
3373 may change in the future.
3374
3375 @strong{Warning:} @file{tm_p.h} may declare other functions that
3376 operate on constraints, besides the ones documented here.  Do not use
3377 those functions from machine-dependent code.  They exist to implement
3378 the old constraint interface that machine-independent components of
3379 the compiler still expect.  They will change or disappear in the
3380 future.
3381
3382 Some valid constraint names are not valid C identifiers, so there is a
3383 mangling scheme for referring to them from C@.  Constraint names that
3384 do not contain angle brackets or underscores are left unchanged.
3385 Underscores are doubled, each @samp{<} is replaced with @samp{_l}, and
3386 each @samp{>} with @samp{_g}.  Here are some examples:
3387
3388 @c the @c's prevent double blank lines in the printed manual.
3389 @example
3390 @multitable {Original} {Mangled}
3391 @item @strong{Original} @tab @strong{Mangled}  @c
3392 @item @code{x}     @tab @code{x}       @c
3393 @item @code{P42x}  @tab @code{P42x}    @c
3394 @item @code{P4_x}  @tab @code{P4__x}   @c
3395 @item @code{P4>x}  @tab @code{P4_gx}   @c
3396 @item @code{P4>>}  @tab @code{P4_g_g}  @c
3397 @item @code{P4_g>} @tab @code{P4__g_g} @c
3398 @end multitable
3399 @end example
3400
3401 Throughout this section, the variable @var{c} is either a constraint
3402 in the abstract sense, or a constant from @code{enum constraint_num};
3403 the variable @var{m} is a mangled constraint name (usually as part of
3404 a larger identifier).
3405
3406 @deftp Enum constraint_num
3407 For each machine-specific constraint, there is a corresponding
3408 enumeration constant: @samp{CONSTRAINT_} plus the mangled name of the
3409 constraint.  Functions that take an @code{enum constraint_num} as an
3410 argument expect one of these constants.
3411
3412 Machine-independent constraints do not have associated constants.
3413 This may change in the future.
3414 @end deftp
3415
3416 @deftypefun {inline bool} satisfies_constraint_@var{m} (rtx @var{exp})
3417 For each machine-specific, non-register constraint @var{m}, there is
3418 one of these functions; it returns @code{true} if @var{exp} satisfies the
3419 constraint.  These functions are only visible if @file{rtl.h} was included
3420 before @file{tm_p.h}.
3421 @end deftypefun
3422
3423 @deftypefun bool constraint_satisfied_p (rtx @var{exp}, enum constraint_num @var{c})
3424 Like the @code{satisfies_constraint_@var{m}} functions, but the
3425 constraint to test is given as an argument, @var{c}.  If @var{c}
3426 specifies a register constraint, this function will always return
3427 @code{false}.
3428 @end deftypefun
3429
3430 @deftypefun {enum reg_class} regclass_for_constraint (enum constraint_num @var{c})
3431 Returns the register class associated with @var{c}.  If @var{c} is not
3432 a register constraint, or those registers are not available for the
3433 currently selected subtarget, returns @code{NO_REGS}.
3434 @end deftypefun
3435
3436 Here is an example use of @code{satisfies_constraint_@var{m}}.  In
3437 peephole optimizations (@pxref{Peephole Definitions}), operand
3438 constraint strings are ignored, so if there are relevant constraints,
3439 they must be tested in the C condition.  In the example, the
3440 optimization is applied if operand 2 does @emph{not} satisfy the
3441 @samp{K} constraint.  (This is a simplified version of a peephole
3442 definition from the i386 machine description.)
3443
3444 @smallexample
3445 (define_peephole2
3446   [(match_scratch:SI 3 "r")
3447    (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3448         (mult:SI (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")
3449                  (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "")))]
3450
3451   "!satisfies_constraint_K (operands[2])"
3452
3453   [(set (match_dup 3) (match_dup 1))
3454    (set (match_dup 0) (mult:SI (match_dup 3) (match_dup 2)))]
3455
3456   "")
3457 @end smallexample
3458
3459 @node Standard Names
3460 @section Standard Pattern Names For Generation
3461 @cindex standard pattern names
3462 @cindex pattern names
3463 @cindex names, pattern
3464
3465 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
3466 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
3467 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
3468 pattern to accomplish a certain task.
3469
3470 @table @asis
3471 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
3472 @item @samp{mov@var{m}}
3473 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
3474 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
3475 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
3476
3477 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
3478 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
3479 to store the specified value in the part of the register that corresponds
3480 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
3481 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
3482 outside the target word are left unchanged.
3483
3484 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
3485 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
3486 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
3487 If there are patterns accepting operands in larger modes,
3488 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
3489
3490 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
3491 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
3492 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
3493 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
3494 into a register.
3495
3496 @findex force_reg
3497 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
3498 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
3499 registers other than the operands.  For example, if you support the
3500 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
3501 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
3502 function which might generate new pseudo registers.
3503
3504 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
3505 fetching those modes from memory normally requires several insns and
3506 some temporary registers.
3507
3508 @findex change_address
3509 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
3510 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
3511 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
3512 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
3513 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
3514 an address into a valid address and no routine (such as
3515 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
3516 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
3517
3518 @findex reload_in_progress
3519 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
3520 declared if required) can be used to determine whether such special
3521 handling is required.
3522
3523 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
3524 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
3525 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
3526 machines explicit memory references will get optional reloads.
3527
3528 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
3529 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
3530
3531 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
3532 you must provide an appropriate secondary_reload target hook.
3533
3534 @findex can_create_pseudo_p
3535 The macro @code{can_create_pseudo_p} can be used to determine if it
3536 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
3537 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
3538
3539 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
3540 register to any other hard register provided that
3541 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
3542 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
3543
3544 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
3545 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
3546 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
3547 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
3548 point members.
3549
3550 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
3551 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
3552 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
3553 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
3554 floating point registers, then the constraints of the fixed point
3555 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
3556 reload into a floating point register.
3557
3558 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
3559 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
3560 @item @samp{reload_in@var{m}}
3561 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
3562 These named patterns have been obsoleted by the target hook
3563 @code{secondary_reload}.
3564
3565 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
3566 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
3567 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
3568 macro in @pxref{Register Classes}.
3569
3570 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
3571 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
3572 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
3573 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
3574 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
3575 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
3576 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
3577 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
3578 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
3579 for these patterns.
3580
3581 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
3582 @item @samp{movstrict@var{m}}
3583 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
3584 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
3585 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
3586 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
3587
3588 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
3589 @item @samp{movmisalign@var{m}}
3590 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
3591 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
3592 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
3593 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
3594 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
3595
3596 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
3597 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
3598
3599 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
3600 @item @samp{load_multiple}
3601 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
3602 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
3603 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
3604 number of consecutive registers.
3605
3606 Define this only if the target machine really has such an instruction;
3607 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
3608 registers from memory is to do them one at a time.
3609
3610 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
3611 registers can be stored into memory, such as particular starting or
3612 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
3613 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3614 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
3615
3616 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
3617 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
3618 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
3619 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
3620 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
3621
3622 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
3623 @item @samp{store_multiple}
3624 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
3625 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
3626 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
3627 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
3628
3629 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
3630 @item @samp{vec_set@var{m}}
3631 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
3632 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
3633
3634 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
3635 @item @samp{vec_extract@var{m}}
3636 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
3637 specify field index and operand 0 place to store value into.
3638
3639 @cindex @code{vec_extract_even@var{m}} instruction pattern
3640 @item @samp{vec_extract_even@var{m}}
3641 Extract even elements from the input vectors (operand 1 and operand 2). 
3642 The even elements of operand 2 are concatenated to the even elements of operand
3643 1 in their original order. The result is stored in operand 0. 
3644 The output and input vectors should have the same modes. 
3645
3646 @cindex @code{vec_extract_odd@var{m}} instruction pattern
3647 @item @samp{vec_extract_odd@var{m}}
3648 Extract odd elements from the input vectors (operand 1 and operand 2). 
3649 The odd elements of operand 2 are concatenated to the odd elements of operand 
3650 1 in their original order. The result is stored in operand 0.
3651 The output and input vectors should have the same modes.
3652
3653 @cindex @code{vec_interleave_high@var{m}} instruction pattern
3654 @item @samp{vec_interleave_high@var{m}}
3655 Merge high elements of the two input vectors into the output vector. The output
3656 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The high
3657 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the high
3658 @code{N/2} elements of the second input vector.
3659
3660 @cindex @code{vec_interleave_low@var{m}} instruction pattern
3661 @item @samp{vec_interleave_low@var{m}}
3662 Merge low elements of the two input vectors into the output vector. The output
3663 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The low
3664 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the low 
3665 @code{N/2} elements of the second input vector.
3666
3667 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
3668 @item @samp{vec_init@var{m}}
3669 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
3670 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
3671
3672 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
3673 @item @samp{push@var{m}1}
3674 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
3675 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
3676 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
3677 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
3678 method is deprecated.
3679
3680 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
3681 @item @samp{add@var{m}3}
3682 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
3683 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
3684 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
3685
3686 @cindex @code{ssadd@var{m}3} instruction pattern
3687 @cindex @code{usadd@var{m}3} instruction pattern
3688 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
3689 @cindex @code{sssub@var{m}3} instruction pattern
3690 @cindex @code{ussub@var{m}3} instruction pattern
3691 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
3692 @cindex @code{ssmul@var{m}3} instruction pattern
3693 @cindex @code{usmul@var{m}3} instruction pattern
3694 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
3695 @cindex @code{ssdiv@var{m}3} instruction pattern
3696 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
3697 @cindex @code{usdiv@var{m}3} instruction pattern
3698 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
3699 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
3700 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
3701 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
3702 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
3703 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
3704 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
3705 @item @samp{ssadd@var{m}3}, @samp{usadd@var{m}3}
3706 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{sssub@var{m}3}, @samp{ussub@var{m}3}
3707 @item @samp{mul@var{m}3}, @samp{ssmul@var{m}3}, @samp{usmul@var{m}3}
3708 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{ssdiv@var{m}3}
3709 @itemx @samp{udiv@var{m}3}, @samp{usdiv@var{m}3}
3710 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
3711 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
3712 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
3713 Similar, for other arithmetic operations.
3714
3715 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
3716 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
3717 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
3718 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
3719 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
3720 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
3721
3722 @cindex @code{reduc_smin_@var{m}} instruction pattern
3723 @cindex @code{reduc_smax_@var{m}} instruction pattern
3724 @item @samp{reduc_smin_@var{m}}, @samp{reduc_smax_@var{m}}
3725 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3726 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3727 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3728 modes.
3729
3730 @cindex @code{reduc_umin_@var{m}} instruction pattern
3731 @cindex @code{reduc_umax_@var{m}} instruction pattern
3732 @item @samp{reduc_umin_@var{m}}, @samp{reduc_umax_@var{m}}
3733 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3734 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3735 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3736 modes.
3737
3738 @cindex @code{reduc_splus_@var{m}} instruction pattern
3739 @item @samp{reduc_splus_@var{m}}
3740 Compute the sum of the signed elements of a vector. The vector is operand 1,
3741 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3742 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3743
3744 @cindex @code{reduc_uplus_@var{m}} instruction pattern
3745 @item @samp{reduc_uplus_@var{m}}
3746 Compute the sum of the unsigned elements of a vector. The vector is operand 1,
3747 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3748 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3749
3750 @cindex @code{sdot_prod@var{m}} instruction pattern
3751 @item @samp{sdot_prod@var{m}}
3752 @cindex @code{udot_prod@var{m}} instruction pattern
3753 @item @samp{udot_prod@var{m}}
3754 Compute the sum of the products of two signed/unsigned elements. 
3755 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their product, which is of a 
3756 wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode equal or 
3757 wider than the mode of the product. The result is placed in operand 0, which
3758 is of the same mode as operand 3. 
3759
3760 @cindex @code{ssum_widen@var{m3}} instruction pattern
3761 @item @samp{ssum_widen@var{m3}}
3762 @cindex @code{usum_widen@var{m3}} instruction pattern
3763 @item @samp{usum_widen@var{m3}}
3764 Operands 0 and 2 are of the same mode, which is wider than the mode of 
3765 operand 1. Add operand 1 to operand 2 and place the widened result in
3766 operand 0. (This is used express accumulation of elements into an accumulator
3767 of a wider mode.)
3768
3769 @cindex @code{vec_shl_@var{m}} instruction pattern
3770 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
3771 @item @samp{vec_shl_@var{m}}, @samp{vec_shr_@var{m}}
3772 Whole vector left/right shift in bits.
3773 Operand 1 is a vector to be shifted.
3774 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
3775 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
3776 The output and input vectors should have the same modes.
3777
3778 @cindex @code{vec_pack_trunc_@var{m}} instruction pattern
3779 @item @samp{vec_pack_trunc_@var{m}}
3780 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors. Operands 1 and 2
3781 are vectors of the same mode having N integral or floating point elements
3782 of size S@.  Operand 0 is the resulting vector in which 2*N elements of
3783 size N/2 are concatenated after narrowing them down using truncation.
3784
3785 @cindex @code{vec_pack_ssat_@var{m}} instruction pattern
3786 @cindex @code{vec_pack_usat_@var{m}} instruction pattern
3787 @item @samp{vec_pack_ssat_@var{m}}, @samp{vec_pack_usat_@var{m}}
3788 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors.  Operands 1 and 2
3789 are vectors of the same mode having N integral elements of size S.
3790 Operand 0 is the resulting vector in which the elements of the two input
3791 vectors are concatenated after narrowing them down using signed/unsigned
3792 saturating arithmetic.
3793
3794 @cindex @code{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}} instruction pattern
3795 @cindex @code{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}} instruction pattern
3796 @item @samp{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}}, @samp{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}}
3797 Narrow, convert to signed/unsigned integral type and merge the elements
3798 of two vectors.  Operands 1 and 2 are vectors of the same mode having N
3799 floating point elements of size S@.  Operand 0 is the resulting vector
3800 in which 2*N elements of size N/2 are concatenated.
3801
3802 @cindex @code{vec_unpacks_hi_@var{m}} instruction pattern
3803 @cindex @code{vec_unpacks_lo_@var{m}} instruction pattern
3804 @item @samp{vec_unpacks_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_lo_@var{m}}
3805 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of signed
3806 integral or floating point elements.  The input vector (operand 1) has N
3807 elements of size S@.  Widen (promote) the high/low elements of the vector
3808 using signed or floating point extension and place the resulting N/2
3809 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
3810
3811 @cindex @code{vec_unpacku_hi_@var{m}} instruction pattern
3812 @cindex @code{vec_unpacku_lo_@var{m}} instruction pattern
3813 @item @samp{vec_unpacku_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_lo_@var{m}}
3814 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of unsigned
3815 integral elements.  The input vector (operand 1) has N elements of size S.
3816 Widen (promote) the high/low elements of the vector using zero extension and
3817 place the resulting N/2 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
3818
3819 @cindex @code{vec_unpacks_float_hi_@var{m}} instruction pattern
3820 @cindex @code{vec_unpacks_float_lo_@var{m}} instruction pattern
3821 @cindex @code{vec_unpacku_float_hi_@var{m}} instruction pattern
3822 @cindex @code{vec_unpacku_float_lo_@var{m}} instruction pattern
3823 @item @samp{vec_unpacks_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_float_lo_@var{m}}
3824 @itemx @samp{vec_unpacku_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_float_lo_@var{m}}
3825 Extract, convert to floating point type and widen the high/low part of a
3826 vector of signed/unsigned integral elements.  The input vector (operand 1)
3827 has N elements of size S@.  Convert the high/low elements of the vector using
3828 floating point conversion and place the resulting N/2 values of size 2*S in
3829 the output vector (operand 0).
3830
3831 @cindex @code{vec_widen_umult_hi_@var{m}} instruction pattern
3832 @cindex @code{vec_widen_umult_lo__@var{m}} instruction pattern
3833 @cindex @code{vec_widen_smult_hi_@var{m}} instruction pattern
3834 @cindex @code{vec_widen_smult_lo_@var{m}} instruction pattern
3835 @item @samp{vec_widen_umult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_lo_@var{m}}
3836 @itemx @samp{vec_widen_smult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_lo_@var{m}}
3837 Signed/Unsigned widening multiplication.  The two inputs (operands 1 and 2)
3838 are vectors with N signed/unsigned elements of size S@.  Multiply the high/low
3839 elements of the two vectors, and put the N/2 products of size 2*S in the
3840 output vector (operand 0).
3841
3842 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
3843 @item @samp{mulhisi3}
3844 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
3845 a @code{SImode} product in operand 0.
3846
3847 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
3848 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
3849 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
3850 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
3851
3852 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
3853 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
3854 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
3855 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
3856 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
3857 multiplication.
3858
3859 @cindex @code{usmulqihi3} instruction pattern
3860 @cindex @code{usmulhisi3} instruction pattern
3861 @cindex @code{usmulsidi3} instruction pattern
3862 @item @samp{usmulqihi3}, @samp{usmulhisi3}, @samp{usmulsidi3}
3863 Similar widening-multiplication instructions that interpret the first
3864 operand as unsigned and the second operand as signed, then do a signed
3865 multiplication.
3866
3867 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
3868 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
3869 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
3870 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
3871 The least significant half of the product is discarded.
3872
3873 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
3874 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
3875 Similar, but the multiplication is unsigned.
3876
3877 @cindex @code{madd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3878 @item @samp{madd@var{m}@var{n}4}
3879 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, add
3880 operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
3881 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
3882 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
3883 the size of @var{m}.
3884
3885 In other words, @code{madd@var{m}@var{n}4} is like
3886 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also adds operand 3.
3887
3888 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
3889
3890 @cindex @code{umadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3891 @item @samp{umadd@var{m}@var{n}4}
3892 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
3893 operands instead of sign-extending them.
3894
3895 @cindex @code{ssmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3896 @item @samp{ssmadd@var{m}@var{n}4}
3897 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
3898 signed-saturating.
3899
3900 @cindex @code{usmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3901 @item @samp{usmadd@var{m}@var{n}4}
3902 Like @code{umadd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
3903 unsigned-saturating.
3904
3905 @cindex @code{msub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3906 @item @samp{msub@var{m}@var{n}4}
3907 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, subtract the
3908 result from operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
3909 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
3910 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
3911 the size of @var{m}.
3912
3913 In other words, @code{msub@var{m}@var{n}4} is like
3914 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also subtracts the result
3915 from operand 3.
3916
3917 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
3918
3919 @cindex @code{umsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3920 @item @samp{umsub@var{m}@var{n}4}
3921 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
3922 operands instead of sign-extending them.
3923
3924 @cindex @code{ssmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3925 @item @samp{ssmsub@var{m}@var{n}4}
3926 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
3927 signed-saturating.
3928
3929 @cindex @code{usmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3930 @item @samp{usmsub@var{m}@var{n}4}
3931 Like @code{umsub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
3932 unsigned-saturating.
3933
3934 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
3935 @item @samp{divmod@var{m}4}
3936 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
3937 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
3938 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
3939
3940 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
3941 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
3942 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
3943 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
3944 and remainder are computed.
3945
3946 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
3947 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
3948 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
3949 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
3950 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
3951
3952 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
3953 @item @samp{udivmod@var{m}4}
3954 Similar, but does unsigned division.
3955
3956 @anchor{shift patterns}
3957 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
3958 @cindex @code{ssashl@var{m}3} instruction pattern
3959 @cindex @code{usashl@var{m}3} instruction pattern
3960 @item @samp{ashl@var{m}3}, @samp{ssashl@var{m}3}, @samp{usashl@var{m}3}
3961 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
3962 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
3963 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
3964 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
3965 mode before generating the instruction.  The meaning of out-of-range shift
3966 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
3967 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.  Operand 2 is always a scalar type.
3968
3969 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
3970 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
3971 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
3972 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
3973 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
3974 Other shift and rotate instructions, analogous to the
3975 @code{ashl@var{m}3} instructions.  Operand 2 is always a scalar type.
3976
3977 @cindex @code{vashl@var{m}3} instruction pattern
3978 @cindex @code{vashr@var{m}3} instruction pattern
3979 @cindex @code{vlshr@var{m}3} instruction pattern
3980 @cindex @code{vrotl@var{m}3} instruction pattern
3981 @cindex @code{vrotr@var{m}3} instruction pattern
3982 @item @samp{vashl@var{m}3}, @samp{vashr@var{m}3}, @samp{vlshr@var{m}3}, @samp{vrotl@var{m}3}, @samp{vrotr@var{m}3}
3983 Vector shift and rotate instructions that take vectors as operand 2
3984 instead of a scalar type.
3985
3986 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
3987 @cindex @code{ssneg@var{m}2} instruction pattern
3988 @cindex @code{usneg@var{m}2} instruction pattern
3989 @item @samp{neg@var{m}2}, @samp{ssneg@var{m}2}, @samp{usneg@var{m}2}
3990 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
3991
3992 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
3993 @item @samp{abs@var{m}2}
3994 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
3995
3996 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
3997 @item @samp{sqrt@var{m}2}
3998 Store the square root of operand 1 into operand 0.
3999
4000 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
4001 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
4002 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4003 type @code{float}.
4004
4005 @cindex @code{fmod@var{m}3} instruction pattern
4006 @item @samp{fmod@var{m}3}
4007 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
4008 operand 0, rounded towards zero to an integer.
4009
4010 The @code{fmod} built-in function of C always uses the mode which
4011 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{fmodf}
4012 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4013 type @code{float}.
4014
4015 @cindex @code{remainder@var{m}3} instruction pattern
4016 @item @samp{remainder@var{m}3}
4017 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
4018 operand 0, rounded to the nearest integer.
4019
4020 The @code{remainder} built-in function of C always uses the mode
4021 which corresponds to the C data type @code{double} and the
4022 @code{remainderf} built-in function uses the mode which corresponds
4023 to the C data type @code{float}.
4024
4025 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
4026 @item @samp{cos@var{m}2}
4027 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
4028
4029 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
4030 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
4031 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4032 type @code{float}.
4033
4034 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
4035 @item @samp{sin@var{m}2}
4036 Store the sine of operand 1 into operand 0.
4037
4038 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
4039 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
4040 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4041 type @code{float}.
4042
4043 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
4044 @item @samp{exp@var{m}2}
4045 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
4046
4047 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
4048 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
4049 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4050 type @code{float}.
4051
4052 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
4053 @item @samp{log@var{m}2}
4054 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
4055
4056 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
4057 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
4058 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4059 type @code{float}.
4060
4061 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
4062 @item @samp{pow@var{m}3}
4063 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
4064 into operand 0.
4065
4066 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
4067 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
4068 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4069 type @code{float}.
4070
4071 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
4072 @item @samp{atan2@var{m}3}
4073 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
4074 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
4075 determine the quadrant of the result.
4076
4077 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
4078 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
4079 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4080 type @code{float}.
4081
4082 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
4083 @item @samp{floor@var{m}2}
4084 Store the largest integral value not greater than argument.
4085
4086 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
4087 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
4088 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4089 type @code{float}.
4090
4091 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
4092 @item @samp{btrunc@var{m}2}
4093 Store the argument rounded to integer towards zero.
4094
4095 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
4096 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
4097 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4098 type @code{float}.
4099
4100 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
4101 @item @samp{round@var{m}2}
4102 Store the argument rounded to integer away from zero.
4103
4104 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
4105 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
4106 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4107 type @code{float}.
4108
4109 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
4110 @item @samp{ceil@var{m}2}
4111 Store the argument rounded to integer away from zero.
4112
4113 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
4114 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
4115 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4116 type @code{float}.
4117
4118 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
4119 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
4120 Store the argument rounded according to the default rounding mode
4121
4122 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
4123 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
4124 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4125 type @code{float}.
4126
4127 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
4128 @item @samp{rint@var{m}2}
4129 Store the argument rounded according to the default rounding mode and
4130 raise the inexact exception when the result differs in value from
4131 the argument
4132
4133 The @code{rint} built-in function of C always uses the mode which
4134 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{rintf}
4135 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4136 type @code{float}.
4137
4138 @cindex @code{lrint@var{m}@var{n}2}
4139 @item @samp{lrint@var{m}@var{n}2}
4140 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4141 point mode @var{n} as a signed number according to the current
4142 rounding mode and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4143
4144 @cindex @code{lround@var{m}@var{n}2}
4145 @item @samp{lround@var{m}2}
4146 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4147 point mode @var{n} as a signed number rounding to nearest and away
4148 from zero and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4149
4150 @cindex @code{lfloor@var{m}@var{n}2}
4151 @item @samp{lfloor@var{m}2}
4152 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4153 point mode @var{n} as a signed number rounding down and store in
4154 operand 0 (which has mode @var{n}).
4155
4156 @cindex @code{lceil@var{m}@var{n}2}
4157 @item @samp{lceil@var{m}2}
4158 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4159 point mode @var{n} as a signed number rounding up and store in
4160 operand 0 (which has mode @var{n}).
4161
4162 @cindex @code{copysign@var{m}3} instruction pattern
4163 @item @samp{copysign@var{m}3}
4164 Store a value with the magnitude of operand 1 and the sign of operand
4165 2 into operand 0.
4166
4167 The @code{copysign} built-in function of C always uses the mode which
4168 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{copysignf}
4169 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4170 type @code{float}.
4171
4172 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
4173 @item @samp{ffs@var{m}2}
4174 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
4175 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
4176 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
4177 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
4178 generating the instruction.
4179
4180 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
4181 corresponds to the C data type @code{int}.
4182
4183 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
4184 @item @samp{clz@var{m}2}
4185 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
4186 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the
4187 @code{CLZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
4188 the result is undefined or has a useful value.
4189 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
4190 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
4191 operand to that mode before generating the instruction.
4192
4193 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
4194 @item @samp{ctz@var{m}2}
4195 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
4196 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the
4197 @code{CTZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
4198 the result is undefined or has a useful value.
4199 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
4200 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
4201 operand to that mode before generating the instruction.
4202
4203 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
4204 @item @samp{popcount@var{m}2}
4205 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
4206 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
4207 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
4208 generating the instruction.
4209
4210 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
4211 @item @samp{parity@var{m}2}
4212 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.e.@: the number of 1-bits
4213 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
4214 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
4215 the operand to that mode before generating the instruction.
4216
4217 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
4218 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
4219 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
4220
4221 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
4222 @item @samp{cmp@var{m}}
4223 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
4224 The RTL pattern should look like this:
4225
4226 @smallexample
4227 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
4228                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
4229 @end smallexample
4230
4231 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
4232 @item @samp{tst@var{m}}
4233 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
4234 The RTL pattern should look like this:
4235
4236 @smallexample
4237 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
4238 @end smallexample
4239
4240 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
4241 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
4242 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
4243 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
4244
4245 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
4246 @item @samp{movmem@var{m}}
4247 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
4248 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
4249 address in mode @code{Pmode}.
4250
4251 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
4252 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
4253 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
4254 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
4255 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
4256 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
4257 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
4258
4259 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4260 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4261 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4262 it may provide the value 4 for this operand.
4263
4264 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4265 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4266 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4267 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
4268 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4269
4270 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
4271 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
4272 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
4273 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
4274 individually moved data units in the block.
4275
4276 These patterns need not give special consideration to the possibility
4277 that the source and destination strings might overlap.
4278
4279 @cindex @code{movstr} instruction pattern
4280 @item @samp{movstr}
4281 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
4282 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
4283 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
4284 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
4285 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
4286 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
4287
4288 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
4289 @item @samp{setmem@var{m}}
4290 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
4291 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
4292 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
4293 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
4294 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
4295 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
4296
4297 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
4298 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
4299 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
4300 operand.
4301
4302 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4303 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4304 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4305 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
4306 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4307
4308 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
4309
4310 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
4311 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
4312 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
4313 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
4314 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4315 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4316 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
4317 at a time since either string may end in the first byte and reading past
4318 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
4319 effect of the instruction is to store a value in operand 0 whose sign
4320 indicates the result of the comparison.
4321
4322 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
4323 @item @samp{cmpstr@var{m}}
4324 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
4325 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
4326 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
4327 @code{Pmode}.
4328
4329 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4330 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4331 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4332 it may provide the value 4 for this operand.
4333
4334 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
4335 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
4336 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
4337 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
4338 cause a fault.  The effect of the instruction is to store a value in operand 0
4339 whose sign indicates the result of the comparison.
4340
4341 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
4342 @item @samp{cmpmem@var{m}}
4343 Block compare instruction, with five operands like the operands
4344 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4345 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4346 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
4347 any bytes in the two memory blocks.  The effect of the instruction is
4348 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
4349 comparison.
4350
4351 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
4352 @item @samp{strlen@var{m}}
4353 Compute the length of a string, with three operands.
4354 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
4355 a @code{mem} referring to the first character of the string,
4356 operand 2 is the character to search for (normally zero),
4357 and operand 3 is a constant describing the known alignment
4358 of the beginning of the string.
4359
4360 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
4361 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
4362 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
4363 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4364 @var{n}).
4365
4366 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
4367 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
4368 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
4369 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4370 @var{n}).
4371
4372 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
4373 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
4374 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4375 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
4376 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
4377 the value of operand 1 is an integer.
4378
4379 If the machine description defines this pattern, it also needs to
4380 define the @code{ftrunc} pattern.
4381
4382 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
4383 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
4384 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4385 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
4386 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
4387 value of operand 1 is an integer.
4388
4389 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
4390 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
4391 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
4392 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
4393 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
4394
4395 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
4396 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
4397 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
4398 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4399
4400 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
4401 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
4402 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
4403 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4404
4405 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
4406 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
4407 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4408 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4409 point or both floating point.
4410
4411 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
4412 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
4413 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4414 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4415 point or both floating point.
4416
4417 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
4418 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
4419 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4420 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4421 point.
4422
4423 @cindex @code{fract@var{mn}2} instruction pattern
4424 @item @samp{fract@var{m}@var{n}2}
4425 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4426 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4427 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
4428 fixed-point to signed integer, floating-point to fixed-point,
4429 or fixed-point to floating-point.
4430 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
4431
4432 @cindex @code{satfract@var{mn}2} instruction pattern
4433 @item @samp{satfract@var{m}@var{n}2}
4434 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4435 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4436 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
4437 or floating-point to fixed-point.
4438 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
4439 results to the maximum or the minimum.
4440
4441 @cindex @code{fractuns@var{mn}2} instruction pattern
4442 @item @samp{fractuns@var{m}@var{n}2}
4443 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4444 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4445 could be unsigned integer to fixed-point, or
4446 fixed-point to unsigned integer.
4447 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
4448
4449 @cindex @code{satfractuns@var{mn}2} instruction pattern
4450 @item @samp{satfractuns@var{m}@var{n}2}
4451 Convert unsigned integer operand 1 of mode @var{m} to fixed-point mode
4452 @var{n} and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4453 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
4454 results to the maximum or the minimum.
4455
4456 @cindex @code{extv} instruction pattern
4457 @item @samp{extv}
4458 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
4459 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
4460 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
4461 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
4462 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
4463 be valid for @code{word_mode}.
4464
4465 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4466 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
4467
4468 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
4469 before it is stored in operand 0.
4470
4471 @cindex @code{extzv} instruction pattern
4472 @item @samp{extzv}
4473 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
4474
4475 @cindex @code{insv} instruction pattern
4476 @item @samp{insv}
4477 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
4478 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
4479 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
4480 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
4481 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
4482
4483 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4484 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
4485
4486 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
4487 @item @samp{mov@var{mode}cc}
4488 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
4489 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
4490 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
4491
4492 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
4493 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
4494 conditionally move an integer value based on the floating point condition
4495 codes and vice versa.
4496
4497 If the machine does not have conditional move instructions, do not
4498 define these patterns.
4499
4500 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
4501 @item @samp{add@var{mode}cc}
4502 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
4503 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
4504 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
4505 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
4506
4507 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
4508 @item @samp{s@var{cond}}
4509 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
4510 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
4511 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
4512 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
4513
4514 You specify the mode that the operand must have when you write the
4515 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
4516 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
4517
4518 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
4519 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
4520 you should omit it from the machine description.  You describe to the
4521 compiler exactly which value is stored by defining the macro
4522 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
4523 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
4524 should omit those operations from the machine description.
4525
4526 These operations may fail, but should do so only in relatively
4527 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
4528 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
4529
4530 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
4531 that copies the constant one to the target and branches around an
4532 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
4533 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
4534 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
4535 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
4536 the machine description.
4537
4538 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
4539 @item @samp{b@var{cond}}
4540 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
4541 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
4542 condition @var{cond}.
4543
4544 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
4545 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
4546 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
4547 simply store the operands away and generate all the required insns in a
4548 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
4549 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
4550 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
4551 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
4552
4553 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
4554 where the mode used for the comparison depends on the condition being
4555 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
4556
4557 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
4558 @samp{s@var{cond}} patterns.
4559
4560 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
4561 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
4562 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
4563 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
4564 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
4565 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
4566
4567 @cindex @code{jump} instruction pattern
4568 @item @samp{jump}
4569 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
4570 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
4571 on all machines.
4572
4573 @cindex @code{call} instruction pattern
4574 @item @samp{call}
4575 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
4576 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
4577 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
4578 operands.
4579
4580 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
4581 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
4582 to put this information into the assembler code; they can put it in
4583 the RTL instead of operand 1.
4584
4585 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
4586 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
4587 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
4588 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
4589 instruction, the pattern for this operation should be a
4590 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
4591 address into a register and uses that register in the call instruction.
4592
4593 @cindex @code{call_value} instruction pattern
4594 @item @samp{call_value}
4595 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
4596 register in which the value is returned.  There are three more
4597 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
4598 instruction (but with numbers increased by one).
4599
4600 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
4601 insn.
4602
4603 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
4604 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
4605 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
4606 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
4607 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
4608 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
4609 adjustment made to the frame pointer.
4610
4611 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
4612 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
4613 can be eliminated, if desired.
4614
4615 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
4616 @item @samp{untyped_call}
4617 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
4618 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
4619 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
4620 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4621 the saving of a function return value into the result block.
4622
4623 This instruction pattern should be defined to support
4624 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
4625 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
4626 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
4627 multiple registers that can hold a return value
4628 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
4629
4630 @cindex @code{return} instruction pattern
4631 @item @samp{return}
4632 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
4633 defined only if a single instruction can do all the work of returning
4634 from a function.
4635
4636 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
4637 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
4638 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
4639 some class of functions only requires one instruction to implement a
4640 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
4641 to save any registers or allocate stack space.
4642
4643 @findex reload_completed
4644 @findex leaf_function_p
4645 For such machines, the condition specified in this pattern should only
4646 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
4647 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
4648 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
4649 a register window push is required.
4650
4651 Machines that have conditional return instructions should define patterns
4652 such as
4653
4654 @smallexample
4655 (define_insn ""
4656   [(set (pc)
4657         (if_then_else (match_operator
4658                          0 "comparison_operator"
4659                          [(cc0) (const_int 0)])
4660                       (return)
4661                       (pc)))]
4662   "@var{condition}"
4663   "@dots{}")
4664 @end smallexample
4665
4666 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
4667 named @samp{return} pattern.
4668
4669 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
4670 @item @samp{untyped_return}
4671 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
4672 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
4673 instructions are needed to return a value of any type.
4674
4675 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
4676 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
4677 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4678 the restoring of a function return value from the result block.
4679
4680 @cindex @code{nop} instruction pattern
4681 @item @samp{nop}
4682 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
4683 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
4684 RTL pattern.
4685
4686 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
4687 @item @samp{indirect_jump}
4688 An instruction to jump to an address which is operand zero.
4689 This pattern name is mandatory on all machines.
4690
4691 @cindex @code{casesi} instruction pattern
4692 @item @samp{casesi}
4693 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
4694 This instruction takes five operands:
4695
4696 @enumerate
4697 @item
4698 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
4699
4700 @item
4701 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
4702
4703 @item
4704 The total range of indices in the table---the largest index
4705 minus the smallest one (both inclusive).
4706
4707 @item
4708 A label that precedes the table itself.
4709
4710 @item
4711 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
4712 @end enumerate
4713
4714 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
4715 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
4716 difference between the upper bound and the lower bound.
4717
4718 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
4719 @item @samp{tablejump}
4720 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
4721 capability which can be used to implement a dispatch table when there
4722 is no @samp{casesi} pattern.
4723
4724 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
4725 which should immediately precede the jump table.  If the macro
4726 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
4727 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
4728 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
4729 mode @code{Pmode}.
4730
4731 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
4732 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
4733 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
4734 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
4735
4736
4737 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
4738 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
4739 Conditional branch instruction that decrements a register and
4740 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
4741 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
4742 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
4743
4744 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
4745 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
4746 reduction is enabled.
4747
4748 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
4749 @item @samp{doloop_end}
4750 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
4751 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
4752 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
4753 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
4754 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
4755 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
4756 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
4757 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
4758 @xref{Looping Patterns}.
4759
4760 This optional instruction pattern should be defined for machines with
4761 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
4762 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
4763 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4764 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
4765 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
4766 too large for this instruction, make it fail.
4767
4768 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
4769 @item @samp{doloop_begin}
4770 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
4771 need to perform some initialization, such as loading special registers
4772 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
4773 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
4774 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
4775
4776
4777 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
4778 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
4779 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
4780 into operand 0.
4781
4782 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
4783 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
4784 and also has mode @code{Pmode}.
4785
4786 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
4787 the address of the function which would be called if the function
4788 pointer were used in an indirect call.
4789
4790 Only define this pattern if function pointers on the target machine
4791 can have different values but still call the same function when
4792 used in an indirect call.
4793
4794 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
4795 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
4796 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
4797 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
4798 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
4799 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
4800 @item @samp{save_stack_block}
4801 @itemx @samp{save_stack_function}
4802 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
4803 @itemx @samp{restore_stack_block}
4804 @itemx @samp{restore_stack_function}
4805 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
4806 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
4807 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
4808 such machines.
4809
4810 Some machines require special handling for stack pointer saves and
4811 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
4812 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
4813 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
4814 saves and restores are:
4815
4816 @enumerate
4817 @item
4818 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
4819 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
4820 restores the stack pointer when the block is exited.
4821
4822 @item
4823 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
4824 similar job for the outermost block of a function and are used when the
4825 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
4826 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
4827 restore sequence on some machines.
4828
4829 @item
4830 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
4831 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
4832 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
4833 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
4834 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
4835 and restoring additional data such as register window information or
4836 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
4837 such required data.
4838 @end enumerate
4839
4840 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
4841 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
4842 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
4843 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
4844 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
4845 for a particular type of save (either because no save is needed or
4846 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
4847 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
4848 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
4849 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
4850
4851 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
4852 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
4853 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
4854
4855 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
4856 @item @samp{allocate_stack}
4857 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
4858 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
4859
4860 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
4861 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
4862 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
4863 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
4864 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
4865 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
4866 stack is free.
4867
4868 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
4869 Some machines require other operations such as stack probes or
4870 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
4871 operations in addition to updating the stack pointer.
4872
4873 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
4874 @item @samp{check_stack}
4875 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
4876 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
4877 to perform the needed check and signaling an error if the stack
4878 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
4879 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
4880 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
4881 limit from a global or thread-specific variable or register.
4882
4883 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
4884 @item @samp{nonlocal_goto}
4885 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
4886 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
4887 each representing a value to be used in the jump.  The first
4888 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
4889 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
4890 the third is the address of a location where the stack is saved,
4891 and the last is the address of the label, to be placed in the
4892 location for the incoming static chain.
4893
4894 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
4895 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
4896 and static chain, restore the stack (using the
4897 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
4898 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
4899 not work on your machine.
4900
4901 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
4902 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
4903 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
4904 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
4905 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
4906 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
4907 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
4908 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
4909 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
4910 There are no arguments.
4911
4912 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
4913 @item @samp{exception_receiver}
4914 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
4915 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
4916 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
4917 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
4918 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
4919 an exception.  There are no arguments.
4920
4921 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
4922 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
4923 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
4924 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
4925 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
4926 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
4927 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
4928 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
4929 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
4930 the first three are normally used by the generic mechanism.
4931
4932 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
4933 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
4934 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
4935 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
4936 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
4937 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
4938 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
4939 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
4940 at a small offset from that label.
4941
4942 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
4943 @item @samp{builtin_longjmp}
4944 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
4945 You will not normally need to define this pattern unless you also define
4946 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
4947 @code{jmp_buf}.
4948
4949 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
4950 @item @samp{eh_return}
4951 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
4952 and thence the call frame exception handling library routines, are
4953 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
4954 the abnormal return path.
4955
4956 The address of the exception handler to which the function should return
4957 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
4958 the pattern to some special register or memory location.
4959 If the pattern needs to determine the location of the target call
4960 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
4961 if defined; it will have already been assigned.
4962
4963 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
4964 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
4965 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
4966 handling is to be used.
4967
4968 @cindex @code{prologue} instruction pattern
4969 @anchor{prologue instruction pattern}
4970 @item @samp{prologue}
4971 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
4972 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
4973 pointer register, saving callee saved registers, etc.
4974
4975 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
4976 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
4977
4978 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
4979 instruction scheduling.
4980
4981 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
4982 @anchor{epilogue instruction pattern}
4983 @item @samp{epilogue}
4984 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
4985 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
4986 registers and emitting the return instruction.
4987
4988 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
4989 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
4990
4991 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
4992 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
4993
4994 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
4995 @item @samp{sibcall_epilogue}
4996 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
4997 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
4998 sibling call (aka tail call) sites.
4999
5000 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
5001 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
5002 function.
5003
5004 @cindex @code{trap} instruction pattern
5005 @item @samp{trap}
5006 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
5007 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
5008 front end to signal `invalid array index' exceptions.
5009
5010 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
5011 @item @samp{conditional_trap}
5012 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
5013 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
5014
5015 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
5016
5017 @smallexample
5018 (define_insn "conditional_trap"
5019   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
5020              [(cc0) (const_int 0)])
5021             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
5022   ""
5023   "@dots{}")
5024 @end smallexample
5025
5026 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
5027 @item @samp{prefetch}
5028
5029 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
5030 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
5031 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
5032 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
5033 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
5034 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
5035 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
5036 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
5037 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
5038
5039 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
5040 the values of operands 1 and 2.
5041
5042 @cindex @code{blockage} instruction pattern
5043 @item @samp{blockage}
5044
5045 This pattern defines a pseudo insn that prevents the instruction
5046 scheduler from moving instructions across the boundary defined by the
5047 blockage insn.  Normally an UNSPEC_VOLATILE pattern.
5048
5049 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
5050 @item @samp{memory_barrier}
5051
5052 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
5053 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
5054 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
5055 This pattern has no operands.
5056
5057 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
5058 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
5059
5060 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
5061 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
5062 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
5063 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
5064 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
5065 of the operation; it should contain the contents of the memory
5066 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
5067 a copy of operand 2.
5068
5069 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
5070
5071 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5072 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5073 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5074 after the atomic operation.
5075
5076 @cindex @code{sync_compare_and_swap_cc@var{mode}} instruction pattern
5077 @item @samp{sync_compare_and_swap_cc@var{mode}}
5078
5079 This pattern is just like @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}, except
5080 it should act as if compare part of the compare-and-swap were issued via
5081 @code{cmp@var{m}}.  This comparison will only be used with @code{EQ} and
5082 @code{NE} branches and @code{setcc} operations.
5083
5084 Some targets do expose the success or failure of the compare-and-swap
5085 operation via the status flags.  Ideally we wouldn't need a separate
5086 named pattern in order to take advantage of this, but the combine pass
5087 does not handle patterns with multiple sets, which is required by
5088 definition for @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}.
5089
5090 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
5091 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
5092 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
5093 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
5094 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
5095 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
5096 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
5097 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
5098 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
5099
5100 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
5101 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
5102 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
5103
5104 The ``nand'' operation is @code{~op0 & op1}.
5105
5106 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5107 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5108 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5109 after the atomic operation.
5110
5111 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
5112 from a compare-and-swap operation, if defined.
5113
5114 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
5115 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
5116 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
5117 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
5118 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
5119 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
5120 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
5121 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
5122 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
5123
5124 These patterns are emit code for an atomic operation on memory,
5125 and return the value that the memory contained before the operation.
5126 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
5127 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
5128 to the binary operator.
5129
5130 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5131 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5132 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5133 after the atomic operation.
5134
5135 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
5136 from a compare-and-swap operation, if defined.
5137
5138 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
5139 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
5140 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
5141 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
5142 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
5143 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
5144 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
5145 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
5146 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
5147
5148 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
5149 except that they return the value that exists in the memory location
5150 after the operation, rather than before the operation.
5151
5152 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
5153 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
5154
5155 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
5156 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
5157 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
5158 is the value to set in the lock.
5159
5160 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
5161 which the previous value in memory operand is copied into the result
5162 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
5163
5164 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
5165 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
5166 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
5167 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
5168 The true contents of the memory operand are implementation defined.
5169
5170 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
5171 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
5172 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
5173
5174 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
5175 a compare-and-swap operation, if defined.
5176
5177 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
5178 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
5179
5180 This pattern, if defined, releases a lock set by
5181 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
5182 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
5183
5184 If the target doesn't implement full semantics for
5185 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
5186 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
5187 of the memory operand are implementation defined.
5188
5189 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
5190 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
5191 released only after all previous memory operations have completed.
5192
5193 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
5194 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
5195
5196 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
5197 @item @samp{stack_protect_set}
5198
5199 This pattern, if defined, moves a @code{Pmode} value from the memory
5200 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
5201 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
5202 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
5203 having clobbered it.
5204
5205 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
5206
5207 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
5208 @item @samp{stack_protect_test}
5209
5210 This pattern, if defined, compares a @code{Pmode} value from the
5211 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
5212 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
5213 weren't equal.
5214
5215 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
5216 conditional branch pattern is used.
5217
5218 @cindex @code{clear_cache} instruction pattern
5219 @item @samp{clear_cache}
5220
5221 This pattern, if defined, flushes the instruction cache for a region of
5222 memory.  The region is bounded to by the Pmode pointers in operand 0
5223 inclusive and operand 1 exclusive.
5224
5225 If this pattern is not defined, a call to the library function
5226 @code{__clear_cache} is used.
5227
5228 @end table
5229
5230 @end ifset
5231 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
5232 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
5233 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
5234 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
5235 @ifset INTERNALS
5236 @node Pattern Ordering
5237 @section When the Order of Patterns Matters
5238 @cindex Pattern Ordering
5239 @cindex Ordering of Patterns
5240
5241 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
5242 pattern that appears first in the machine description is the one used.
5243 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
5244 and faster instructions (those that will produce better code when they
5245 do match) should usually go first in the description.
5246
5247 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
5248 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
5249 instruction for converting a fullword to floating point and another
5250 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
5251 an integer to floating point could match either one.  We put the
5252 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
5253 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
5254 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
5255 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
5256 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
5257 constant value.
5258
5259 @end ifset
5260 @ifset INTERNALS
5261 @node Dependent Patterns
5262 @section Interdependence of Patterns
5263 @cindex Dependent Patterns
5264 @cindex Interdependence of Patterns
5265
5266 Every machine description must have a named pattern for each of the
5267 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
5268 must always have the form
5269
5270 @smallexample
5271 (set (pc)
5272      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
5273                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
5274                    (pc)))
5275 @end smallexample
5276
5277 @noindent
5278 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
5279 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
5280 look like
5281
5282 @smallexample
5283 (set (pc)
5284      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
5285                    (pc)
5286                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
5287 @end smallexample
5288
5289 @noindent
5290 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
5291 branches into reverse-conditional branches.
5292
5293 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
5294 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
5295 example,
5296
5297 @smallexample
5298 (define_insn ""
5299   [(set (pc)
5300         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
5301                                       [(cc0) (const_int 0)])
5302                       (pc)
5303                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
5304   "@var{condition}"
5305   "@dots{}")
5306 @end smallexample
5307
5308 In some cases machines support instructions identical except for the
5309 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
5310 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
5311 patterns are
5312
5313 @smallexample
5314 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
5315      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
5316
5317 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
5318      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
5319 @end smallexample
5320
5321 @noindent
5322 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
5323 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
5324 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
5325 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
5326 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
5327 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
5328
5329 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
5330 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
5331 compilations.
5332
5333 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
5334 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
5335 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
5336 you should not provide separate patterns for increment and decrement
5337 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
5338 that supports register-register add insns by examining the operands and
5339 generating the appropriate machine instruction.
5340
5341 @end ifset
5342 @ifset INTERNALS
5343 @node Jump Patterns
5344 @section Defining Jump Instruction Patterns
5345 @cindex jump instruction patterns
5346 @cindex defining jump instruction patterns
5347
5348 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
5349 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
5350 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
5351 insn tests the condition code and branches or not according its value.
5352 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
5353 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
5354 way.
5355
5356 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
5357 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
5358 these machines is to treat them just like the others until the final stage
5359 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
5360 compare instruction, peek ahead at the following branch using
5361 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
5362 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
5363 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
5364 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
5365 can treat signed and unsigned branches identically.
5366
5367 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
5368 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
5369 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
5370 until the end.
5371
5372 To go with this technique, you must define the machine-description macro
5373 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
5374 compare instruction is superfluous.
5375
5376 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
5377 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
5378 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
5379 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
5380 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
5381
5382 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
5383 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
5384 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
5385 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
5386 above in addition to any special patterns you define.
5387
5388 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
5389 code and there may not even be a separate condition code register.  On
5390 these machines, the restriction that the definition and use of the
5391 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
5392 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
5393 delay for taken branches unless the condition code register is set three
5394 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
5395 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
5396 separate the definition and use of the condition code register.
5397
5398 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
5399 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
5400 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
5401 comparison result can be placed in any general register, or if there are
5402 multiple condition registers, use a pseudo register.
5403
5404 @findex prev_cc0_setter
5405 @findex next_cc0_user
5406 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
5407 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
5408 SPARC, setting the condition code directly from an add or subtract
5409 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
5410 instruction does, so a different branch instruction must be used for
5411 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
5412 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
5413 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
5414 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
5415 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
5416 and @code{next_cc0_user}.
5417
5418 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
5419 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
5420 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
5421 we use the machine mode of the condition code register to record
5422 different formats of the condition code register.
5423
5424 Registers used to store the condition code value should have a mode that
5425 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
5426 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
5427 the SPARC), define them in @file{@var{machine}-modes.def}
5428 (@pxref{Condition Code}).  Also define @code{SELECT_CC_MODE} to choose
5429 a mode given an operand of a compare.
5430
5431 If it is known during RTL generation that a different mode will be
5432 required (for example, if the machine has separate compare instructions
5433 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
5434 be specified at that time.
5435
5436 If the cases that require different modes would be made by instruction
5437 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
5438 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
5439 written using that mode.  To support the case of the add on the SPARC
5440 discussed above, we have the pattern
5441
5442 @smallexample
5443 (define_insn ""
5444   [(set (reg:CC_NOOV 0)
5445         (compare:CC_NOOV
5446           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
5447                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
5448           (const_int 0)))]
5449   ""
5450   "@dots{}")
5451 @end smallexample
5452
5453 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the SPARC returns @code{CC_NOOVmode}
5454 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
5455
5456 @end ifset
5457 @ifset INTERNALS
5458 @node Looping Patterns
5459 @section Defining Looping Instruction Patterns
5460 @cindex looping instruction patterns
5461 @cindex defining looping instruction patterns
5462
5463 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
5464 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
5465 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
5466 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
5467 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
5468 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
5469 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
5470 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
5471 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
5472 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
5473 the jump.
5474
5475 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
5476 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
5477 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
5478 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
5479 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
5480 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
5481 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
5482 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
5483 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
5484 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
5485 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
5486 following for its @code{dbra} instruction:
5487
5488 @smallexample
5489 @group
5490 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5491   [(set (pc)
5492         (if_then_else
5493           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5494                        (const_int -1))
5495               (const_int 0))
5496           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5497           (pc)))
5498    (set (match_dup 0)
5499         (plus:SI (match_dup 0)
5500                  (const_int -1)))]
5501   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5502   "@dots{}")
5503 @end group
5504 @end smallexample
5505
5506 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
5507 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
5508 since this insn is generated by the instruction combination phase
5509 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
5510 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
5511 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
5512 pattern will not be matched by the combiner.
5513
5514 @smallexample
5515 @group
5516 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5517   [(set (pc)
5518         (if_then_else
5519           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5520               (const_int 1))
5521           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5522           (pc)))
5523    (set (match_dup 0)
5524         (plus:SI (match_dup 0)
5525                  (const_int -1)))]
5526   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5527   "@dots{}")
5528 @end group
5529 @end smallexample
5530
5531 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
5532 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
5533 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
5534 information collected during strength reduction.
5535
5536 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
5537 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
5538 is an optional companion pattern that can be used for initialization
5539 needed for some low-overhead looping instructions.
5540
5541 Note that some machines require the actual looping instruction to be
5542 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
5543 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
5544 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
5545 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
5546 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
5547 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
5548 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
5549 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
5550 desired special iteration counter register was not allocated, this
5551 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
5552 instruction pair.
5553
5554 The essential difference between the
5555 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
5556 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
5557 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
5558 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
5559 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
5560 may become redundant and removed by the flow pass.
5561
5562
5563 @end ifset
5564 @ifset INTERNALS
5565 @node Insn Canonicalizations
5566 @section Canonicalization of Instructions
5567 @cindex canonicalization of instructions
5568 @cindex insn canonicalization
5569
5570 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
5571 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
5572 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
5573 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
5574 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
5575 number of insn patterns required.
5576
5577 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
5578 are performed:
5579
5580 @itemize @bullet
5581 @item
5582 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
5583 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
5584 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
5585 be supplied.
5586
5587 @item
5588 For associative operators, a sequence of operators will always chain
5589 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
5590 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
5591 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
5592 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
5593 floating-point.
5594
5595 @item
5596 @cindex @code{neg}, canonicalization of
5597 @cindex @code{not}, canonicalization of
5598 @cindex @code{mult}, canonicalization of
5599 @cindex @code{plus}, canonicalization of
5600 @cindex @code{minus}, canonicalization of
5601 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
5602 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
5603 first operand.
5604
5605 @item
5606 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
5607 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
5608 the operations as far as possible.  For instance,
5609 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
5610 @code{(plus (mult (neg A) B) C)} is canonicalized as
5611 @code{(minus A (mult B C))}.
5612
5613 @cindex @code{compare}, canonicalization of
5614 @item
5615 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
5616 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
5617 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
5618 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
5619 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
5620 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
5621 such an instruction.
5622
5623 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
5624 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
5625 above.
5626
5627 @item
5628 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{b})} is converted to
5629 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{a})}. Likewise with @code{geu} instead
5630 of @code{ltu}.
5631
5632 @item
5633 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
5634 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
5635
5636 @item
5637 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
5638 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
5639
5640 @cindex @code{ior}, canonicalization of
5641 @cindex @code{and}, canonicalization of
5642 @cindex De Morgan's law
5643 @item
5644 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
5645 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
5646 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
5647
5648 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
5649 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
5650 for that instruction as
5651
5652 @smallexample
5653 (define_insn ""
5654   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5655         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5656                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
5657   "@dots{}"
5658   "@dots{}")
5659 @end smallexample
5660
5661 @noindent
5662 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
5663
5664 @smallexample
5665 (define_insn ""
5666   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5667         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5668                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
5669   "@dots{}"
5670   "@dots{}")
5671 @end smallexample
5672
5673 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
5674 logically equivalent RTL expressions.
5675
5676 @cindex @code{xor}, canonicalization of
5677 @item
5678 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
5679 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
5680 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
5681
5682 @item
5683 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
5684 the form
5685
5686 @smallexample
5687 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
5688 @end smallexample
5689
5690 @item
5691 On machines that do not use @code{cc0},
5692 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
5693 @var{x}.
5694
5695 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
5696 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
5697 @item
5698 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
5699 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
5700 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
5701
5702 @end itemize
5703
5704 Further canonicalization rules are defined in the function
5705 @code{commutative_operand_precedence} in @file{gcc/rtlanal.c}.
5706
5707 @end ifset
5708 @ifset INTERNALS
5709 @node Expander Definitions
5710 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
5711 @cindex expander definitions
5712 @cindex code generation RTL sequences
5713 @cindex defining RTL sequences for code generation
5714
5715 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
5716 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
5717 represent them.  For these target machines, you can write a
5718 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
5719
5720 @findex define_expand
5721 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
5722 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
5723 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
5724
5725 A @code{define_expand} RTX has four operands:
5726
5727 @itemize @bullet
5728 @item
5729 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
5730 use for it is to refer to it by name.
5731
5732 @item
5733 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
5734 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
5735 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
5736
5737 @item
5738 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
5739 used to express how the availability of this pattern depends on
5740 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
5741 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
5742 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
5743 depend on the data in the insn being matched, but only the
5744 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
5745 during initialization in order to learn exactly which named instructions
5746 are available in a particular run.
5747
5748 @item
5749 The preparation statements, a string containing zero or more C
5750 statements which are to be executed before RTL code is generated from
5751 the RTL template.
5752
5753 Usually these statements prepare temporary registers for use as
5754 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
5755 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
5756 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
5757 @end itemize
5758
5759 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
5760 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
5761 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
5762 it.
5763
5764 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
5765 also describes the operands that need to be specified when this pattern
5766 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
5767
5768 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
5769 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
5770 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
5771 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
5772 information to preload the operand into a register if that is required for
5773 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
5774 references should use @code{match_dup}.
5775
5776 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
5777 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
5778 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
5779 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
5780 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
5781 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
5782 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
5783 compute the values and store them into the appropriate elements of
5784 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
5785
5786 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
5787 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
5788 as a statement.
5789
5790 @table @code
5791
5792 @findex DONE
5793 @item DONE
5794 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
5795 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
5796 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
5797 preparation statements; the RTL template will not be generated.
5798
5799 @findex FAIL
5800 @item FAIL
5801 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
5802 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
5803 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
5804
5805 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
5806 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
5807 operations.
5808 @end table
5809
5810 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
5811 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
5812 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
5813 insn.
5814
5815 The RTL template is not used for matching, only for generating the
5816 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
5817 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
5818 list of operands, such as this example:
5819
5820 @smallexample
5821 @group
5822 (define_expand "addsi3"
5823   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5824    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
5825    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
5826 @end group
5827 @group
5828   ""
5829   "
5830 @{
5831   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
5832   DONE;
5833 @}")
5834 @end group
5835 @end smallexample
5836
5837 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
5838
5839 @smallexample
5840 @group
5841 (define_expand "ashlsi3"
5842   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5843         (ashift:SI
5844 @end group
5845 @group
5846           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
5847           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
5848   ""
5849   "
5850 @end group
5851 @end smallexample
5852
5853 @smallexample
5854 @group
5855 @{
5856   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
5857       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
5858     FAIL;
5859 @}")
5860 @end group
5861 @end smallexample
5862
5863 @noindent
5864 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
5865 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
5866 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
5867 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
5868 library call).
5869
5870 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
5871 patterns with names, then it would be possible to use a
5872 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
5873 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
5874
5875 @smallexample
5876 (define_expand "zero_extendhisi2"
5877   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
5878         (const_int 0))
5879    (set (strict_low_part
5880           (subreg:HI
5881             (match_dup 0)
5882             0))
5883         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
5884   ""
5885   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
5886 @end smallexample
5887
5888 @noindent
5889 @findex make_safe_from
5890 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
5891 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
5892 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
5893 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
5894 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
5895 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
5896 by emitting another RTL insn.
5897
5898 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
5899 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
5900 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
5901 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
5902 on this machine.  So it must be copied into a register with
5903 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
5904
5905 @smallexample
5906 (define_expand "zero_extendhisi2"
5907   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5908         (and:SI (subreg:SI
5909                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
5910                   0)
5911                 (match_dup 2)))]
5912   ""
5913   "operands[2]
5914      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
5915 @end smallexample
5916
5917 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
5918 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
5919 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
5920 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
5921 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
5922 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
5923 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
5924 in the compiler.
5925
5926 @end ifset
5927 @ifset INTERNALS
5928 @node Insn Splitting
5929 @section Defining How to Split Instructions
5930 @cindex insn splitting
5931 @cindex instruction splitting
5932 @cindex splitting instructions
5933
5934 There are two cases where you should specify how to split a pattern
5935 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
5936 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
5937 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
5938 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
5939 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
5940 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
5941 cannot be placed into a delay slot.
5942
5943 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
5944 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
5945 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
5946 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
5947 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
5948 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
5949 scheduling.
5950
5951 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
5952 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
5953 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
5954 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
5955 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
5956 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
5957 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
5958 split the addition into two insns is machine-dependent.
5959
5960 @findex define_split
5961 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
5962 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
5963
5964 @smallexample
5965 (define_split
5966   [@var{insn-pattern}]
5967   "@var{condition}"
5968   [@var{new-insn-pattern-1}
5969    @var{new-insn-pattern-2}
5970    @dots{}]
5971   "@var{preparation-statements}")
5972 @end smallexample
5973
5974 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
5975 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
5976 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
5977 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
5978 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
5979 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
5980
5981 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
5982 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
5983 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
5984 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
5985 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
5986 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
5987 must not allocate any space in the stack frame.
5988
5989 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
5990 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
5991 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
5992 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
5993 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
5994 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
5995 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
5996 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
5997 of those definitions.
5998
5999 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
6000 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
6001 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
6002
6003 @smallexample
6004 (define_split
6005   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
6006         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
6007   ""
6008   [(set (match_dup 0)
6009         (ashift:SI (match_dup 1)
6010                    (const_int 16)))
6011    (set (match_dup 0)
6012         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
6013                      (const_int 16)))]
6014   "
6015 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
6016 @end smallexample
6017
6018 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
6019 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
6020 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
6021 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
6022 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
6023 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
6024 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
6025 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
6026 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
6027 @code{define_split} that will never produce insns that match).
6028
6029 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
6030 @file{rs6000.md}:
6031
6032 @smallexample
6033 (define_split
6034   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
6035         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
6036                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
6037   ""
6038   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
6039    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
6040 "
6041 @{
6042   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
6043   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
6044
6045   if (low & 0x8000)
6046     high++, low |= 0xffff0000;
6047
6048   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
6049   operands[4] = GEN_INT (low);
6050 @}")
6051 @end smallexample
6052
6053 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
6054 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
6055 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
6056 can be substituted into the address of a subsequent operation.
6057
6058 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
6059 an equality comparison of a register and a large constant:
6060
6061 @smallexample
6062 (define_split
6063   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
6064         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
6065                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
6066    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
6067   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
6068    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
6069        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
6070   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
6071    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
6072   "
6073 @{
6074   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
6075      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
6076      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
6077
6078   int c = INTVAL (operands[2]);
6079   int sextc = (c << 16) >> 16;
6080   int xorv = c ^ sextc;
6081
6082   operands[4] = GEN_INT (xorv);
6083   operands[5] = GEN_INT (sextc);
6084 @}")
6085 @end smallexample
6086
6087 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
6088 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
6089 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
6090 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
6091 are not valid.
6092
6093 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
6094 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
6095 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
6096 several restriction apply.
6097
6098 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
6099 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
6100 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
6101 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
6102 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
6103 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
6104 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
6105 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
6106 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
6107 forward jumps to the newly created labels.
6108
6109 @findex define_insn_and_split
6110 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
6111 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
6112 this:
6113
6114 @smallexample
6115 (define_insn_and_split
6116   [@var{insn-pattern}]
6117   "@var{condition}"
6118   "@var{output-template}"
6119   "@var{split-condition}"
6120   [@var{new-insn-pattern-1}
6121    @var{new-insn-pattern-2}
6122    @dots{}]
6123   "@var{preparation-statements}"
6124   [@var{insn-attributes}])
6125
6126 @end smallexample
6127
6128 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
6129 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
6130 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
6131 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
6132 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
6133 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
6134 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
6135 from i386.md:
6136
6137 @smallexample
6138 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
6139   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
6140      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
6141    (clobber (reg:CC 17))]
6142   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
6143   "#"
6144   "&& reload_completed"
6145   [(parallel [(set (match_dup 0)
6146                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
6147               (clobber (reg:CC 17))])]
6148   ""
6149   [(set_attr "type" "alu1")])
6150
6151 @end smallexample
6152
6153 In this case, the actual split condition will be
6154 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
6155
6156 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
6157 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
6158 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
6159 having to ensure the two patterns' templates match.
6160
6161 @end ifset
6162 @ifset INTERNALS
6163 @node Including Patterns
6164 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
6165 @cindex insn includes
6166
6167 @findex include
6168 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
6169 look for patterns that are in files other than in the file
6170 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
6171
6172 It looks like:
6173
6174 @smallexample
6175
6176 (include
6177   @var{pathname})
6178 @end smallexample
6179
6180 For example:
6181
6182 @smallexample
6183
6184 (include "filestuff")
6185
6186 @end smallexample
6187
6188 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
6189 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
6190 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
6191
6192
6193 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
6194 and placed into subdirectories.
6195
6196 By specifying:
6197
6198 @smallexample
6199
6200 (include "BOGUS/filestuff")
6201
6202 @end smallexample
6203
6204 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
6205
6206 Specifying an absolute path for the include file such as;
6207 @smallexample
6208
6209 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
6210
6211 @end smallexample
6212 is permitted but is not encouraged.
6213
6214 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
6215 @cindex directory options .md
6216 @cindex options, directory search
6217 @cindex search options
6218
6219 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
6220 For example:
6221
6222 @smallexample
6223
6224 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
6225
6226 @end smallexample
6227
6228
6229 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
6230 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
6231 file, substituting your own version, since these directories are
6232 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
6233 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
6234 order; the standard default directory come after.
6235
6236
6237 @end ifset
6238 @ifset INTERNALS
6239 @node Peephole Definitions
6240 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
6241 @cindex peephole optimizer definitions
6242 @cindex defining peephole optimizers
6243
6244 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
6245 definitions of machine-specific peephole optimizations.
6246
6247 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
6248 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
6249 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
6250 though the second one does not appear to use a register computed in the
6251 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
6252 opportunities.
6253
6254 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
6255 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
6256 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
6257 is deprecated.
6258
6259 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
6260 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
6261 but before scheduling, which may result in much better code for
6262 targets that do scheduling.
6263
6264 @menu
6265 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
6266 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
6267 @end menu
6268
6269 @end ifset
6270 @ifset INTERNALS
6271 @node define_peephole
6272 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
6273 @findex define_peephole
6274
6275 @need 1000
6276 A definition looks like this:
6277
6278 @smallexample
6279 (define_peephole
6280   [@var{insn-pattern-1}
6281    @var{insn-pattern-2}
6282    @dots{}]
6283   "@var{condition}"
6284   "@var{template}"
6285   "@var{optional-insn-attributes}")
6286 @end smallexample
6287
6288 @noindent
6289 The last string operand may be omitted if you are not using any
6290 machine-specific information in this machine description.  If present,
6291 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
6292
6293 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
6294 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
6295 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
6296 the next, and so on.
6297
6298 Each of the insns matched by a peephole must also match a
6299 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
6300 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
6301 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
6302 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
6303 stages.
6304
6305 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
6306 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
6307 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
6308 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
6309 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
6310 other.
6311
6312 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
6313 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
6314 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
6315 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
6316 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
6317
6318 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
6319 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
6320 previously tested.
6321
6322 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
6323 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
6324 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
6325 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
6326 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
6327 patterns.
6328
6329 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
6330 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
6331 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
6332 the operands.
6333
6334 @findex prev_active_insn
6335 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
6336 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
6337 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
6338 to refer to the last of the insns being matched; use
6339 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
6340
6341 @findex dead_or_set_p
6342 When optimizing computations with intermediate results, you can use
6343 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
6344 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
6345 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
6346 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
6347 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
6348 value (from @code{operands[@var{i}]}).
6349
6350 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
6351 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
6352 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
6353 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
6354 used in matching the original sequence of insns.
6355
6356 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
6357 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
6358 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
6359 as the insn pattern to control how the insn is output.
6360
6361 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
6362 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
6363
6364 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
6365
6366 @smallexample
6367 (define_peephole
6368   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
6369    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
6370         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
6371   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
6372 @{
6373   rtx xoperands[2];
6374   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
6375 #ifdef MOTOROLA
6376   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
6377   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
6378   return "fmove.d (sp)+,%0";
6379 #else
6380   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
6381   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
6382   return "fmoved sp@@+,%0";
6383 #endif
6384 @})
6385 @end smallexample
6386
6387 @need 1000
6388 The effect of this optimization is to change
6389
6390 @smallexample
6391 @group
6392 jbsr _foobar
6393 addql #4,sp
6394 movel d1,sp@@-
6395 movel d0,sp@@-
6396 fmoved sp@@+,fp0
6397 @end group
6398 @end smallexample
6399
6400 @noindent
6401 into
6402
6403 @smallexample
6404 @group
6405 jbsr _foobar
6406 movel d1,sp@@
6407 movel d0,sp@@-
6408 fmoved sp@@+,fp0
6409 @end group
6410 @end smallexample
6411
6412 @ignore
6413 @findex CC_REVERSED
6414 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
6415 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
6416 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
6417 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
6418 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
6419 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
6420 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
6421 and in this C code check the condition code status flags and change the
6422 assembler code as appropriate.
6423 @end ignore
6424
6425 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
6426 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
6427 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
6428 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
6429 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
6430 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
6431 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
6432 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
6433 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
6434
6435 @smallexample
6436 (define_insn "divmodsi4"
6437   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6438         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6439                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6440    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6441         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
6442   "TARGET_68020"
6443   "divsl%.l %2,%3:%0")
6444 @end smallexample
6445
6446 @noindent
6447 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
6448
6449 @smallexample
6450 (define_peephole
6451   [@dots{}
6452    (parallel
6453     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6454           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6455                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6456      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6457           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
6458    @dots{}]
6459   @dots{})
6460 @end smallexample
6461
6462 @end ifset
6463 @ifset INTERNALS
6464 @node define_peephole2
6465 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
6466 @findex define_peephole2
6467
6468 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
6469 substitute one sequence of instructions for another sequence,
6470 what additional scratch registers may be needed and what their
6471 lifetimes must be.
6472
6473 @smallexample
6474 (define_peephole2
6475   [@var{insn-pattern-1}
6476    @var{insn-pattern-2}
6477    @dots{}]
6478   "@var{condition}"
6479   [@var{new-insn-pattern-1}
6480    @var{new-insn-pattern-2}
6481    @dots{}]
6482   "@var{preparation-statements}")
6483 @end smallexample
6484
6485 The definition is almost identical to @code{define_split}
6486 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
6487 single instruction, but a sequence of instructions.
6488
6489 It is possible to request additional scratch registers for use in the
6490 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
6491 will simply not match.
6492
6493 @findex match_scratch
6494 @findex match_dup
6495 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
6496 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
6497 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
6498 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
6499 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
6500 at which the register must be available.
6501
6502 Here is an example from the IA-32 machine description:
6503
6504 @smallexample
6505 (define_peephole2
6506   [(match_scratch:SI 2 "r")
6507    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6508                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
6509                      [(match_dup 0)
6510                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
6511               (clobber (reg:CC 17))])]
6512   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
6513   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
6514    (parallel [(set (match_dup 0)
6515                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
6516               (clobber (reg:CC 17))])]
6517   "")
6518 @end smallexample
6519
6520 @noindent
6521 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
6522 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
6523 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
6524 to be live only at the point just before the arithmetic.
6525
6526 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
6527 so here's a silly made-up example:
6528
6529 @smallexample
6530 (define_peephole2
6531   [(match_scratch:SI 4 "r")
6532    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
6533    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
6534    (match_dup 4)
6535    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
6536   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
6537   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
6538    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
6539    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
6540    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
6541   "")
6542 @end smallexample
6543
6544 @noindent
6545 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
6546 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
6547 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
6548
6549 @end ifset
6550 @ifset INTERNALS
6551 @node Insn Attributes
6552 @section Instruction Attributes
6553 @cindex insn attributes
6554 @cindex instruction attributes
6555
6556 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
6557 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
6558 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
6559 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
6560 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
6561 to track the condition codes.
6562
6563 @menu
6564 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
6565 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
6566 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
6567 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
6568 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
6569 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
6570 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
6571 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
6572 @end menu
6573
6574 @end ifset
6575 @ifset INTERNALS
6576 @node Defining Attributes
6577 @subsection Defining Attributes and their Values
6578 @cindex defining attributes and their values
6579 @cindex attributes, defining
6580
6581 @findex define_attr
6582 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
6583 by the target machine.  It looks like:
6584
6585 @smallexample
6586 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
6587 @end smallexample
6588
6589 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
6590
6591 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
6592 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
6593 indicate that the attribute takes numeric values.
6594
6595 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
6596 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
6597 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
6598 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
6599 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
6600
6601 @findex insn-attr.h
6602 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
6603 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
6604 specified for an attribute, the following are defined:
6605
6606 @itemize @bullet
6607 @item
6608 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
6609
6610 @item
6611 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
6612 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
6613 the attribute name and value are first converted to uppercase.
6614
6615 @item
6616 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
6617 returns the attribute value for that insn.
6618 @end itemize
6619
6620 For example, if the following is present in the @file{md} file:
6621
6622 @smallexample
6623 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
6624 @end smallexample
6625
6626 @noindent
6627 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
6628
6629 @smallexample
6630 #define HAVE_ATTR_type
6631 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
6632                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
6633 extern enum attr_type get_attr_type ();
6634 @end smallexample
6635
6636 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
6637 defined and the function to obtain the attribute's value will return
6638 @code{int}.
6639
6640 There are attributes which are tied to a specific meaning.  These
6641 attributes are not free to use for other purposes:
6642
6643 @table @code
6644 @item length
6645 The @code{length} attribute is used to calculate the length of emitted
6646 code chunks.  This is especially important when verifying branch
6647 distances. @xref{Insn Lengths}.
6648
6649 @item enabled
6650 The @code{enabled} attribute can be defined to prevent certain
6651 alternatives of an insn definition from being used during code
6652 generation. @xref{Disable Insn Alternatives}.
6653
6654 @end table
6655
6656 @end ifset
6657 @ifset INTERNALS
6658 @node Expressions
6659 @subsection Attribute Expressions
6660 @cindex attribute expressions
6661
6662 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
6663 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
6664 Attribute value expressions must have one of the following forms:
6665
6666 @table @code
6667 @cindex @code{const_int} and attributes
6668 @item (const_int @var{i})
6669 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
6670 must be non-negative.
6671
6672 The value of a numeric attribute can be specified either with a
6673 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
6674 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
6675 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
6676 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
6677
6678 @cindex @code{const_string} and attributes
6679 @item (const_string @var{value})
6680 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
6681 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
6682 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
6683 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
6684 of a @code{define_attr}.
6685
6686 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
6687 must be a string containing a non-negative integer (normally
6688 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
6689 contain one of the valid values for the attribute.
6690
6691 @cindex @code{if_then_else} and attributes
6692 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
6693 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
6694 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
6695 otherwise it is @var{false-value}.
6696
6697 @cindex @code{cond} and attributes
6698 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
6699 The first operand of this expression is a vector containing an even
6700 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
6701 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
6702 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
6703 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
6704 expression is that of the @var{default} expression.
6705 @end table
6706
6707 @var{test} expressions can have one of the following forms:
6708
6709 @table @code
6710 @cindex @code{const_int} and attribute tests
6711 @item (const_int @var{i})
6712 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
6713
6714 @cindex @code{not} and attributes
6715 @cindex @code{ior} and attributes
6716 @cindex @code{and} and attributes
6717 @item (not @var{test})
6718 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
6719 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
6720 These tests are true if the indicated logical function is true.
6721
6722 @cindex @code{match_operand} and attributes
6723 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
6724 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
6725 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
6726 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
6727 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
6728 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
6729 string).
6730
6731 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
6732
6733 @cindex @code{le} and attributes
6734 @cindex @code{leu} and attributes
6735 @cindex @code{lt} and attributes
6736 @cindex @code{gt} and attributes
6737 @cindex @code{gtu} and attributes
6738 @cindex @code{ge} and attributes
6739 @cindex @code{geu} and attributes
6740 @cindex @code{ne} and attributes
6741 @cindex @code{eq} and attributes
6742 @cindex @code{plus} and attributes
6743 @cindex @code{minus} and attributes
6744 @cindex @code{mult} and attributes
6745 @cindex @code{div} and attributes
6746 @cindex @code{mod} and attributes
6747 @cindex @code{abs} and attributes
6748 @cindex @code{neg} and attributes
6749 @cindex @code{ashift} and attributes
6750 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
6751 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
6752 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
6753 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
6754 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
6755 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
6756 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
6757 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
6758 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
6759 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
6760 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
6761 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
6762 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
6763 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
6764 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
6765 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
6766 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
6767
6768 @findex get_attr
6769 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
6770 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
6771 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
6772 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
6773 variable.
6774
6775 @findex eq_attr
6776 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
6777 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
6778
6779 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
6780 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
6781 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
6782 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
6783 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
6784 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
6785 @emph{not} in the specified list.
6786
6787 For example,
6788
6789 @smallexample
6790 (eq_attr "type" "load,store")
6791 @end smallexample
6792
6793 @noindent
6794 is equivalent to
6795
6796 @smallexample
6797 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
6798 @end smallexample
6799
6800 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
6801 value of the compiler variable @code{which_alternative}
6802 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
6803 example,
6804
6805 @smallexample
6806 (eq_attr "alternative" "2,3")
6807 @end smallexample
6808
6809 @noindent
6810 is equivalent to
6811
6812 @smallexample
6813 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
6814      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
6815 @end smallexample
6816
6817 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
6818 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
6819 a particular pattern.  This is by far the most common case.
6820
6821 @findex attr_flag
6822 @item (attr_flag @var{name})
6823 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
6824 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
6825 scheduled.
6826
6827 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
6828 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
6829 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
6830 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
6831 if a conditional branch is expected to be taken.
6832
6833 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
6834 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
6835
6836 This example describes a conditional branch delay slot which
6837 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
6838 for backward branches which are not taken (annul-false).
6839
6840 @smallexample
6841 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
6842   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
6843    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
6844         (attr_flag "forward"))
6845    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
6846         (attr_flag "backward"))])
6847 @end smallexample
6848
6849 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
6850 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6851
6852 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
6853 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6854 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
6855 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6856
6857 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
6858 meaning to other passes of the compiler.
6859
6860 @findex attr
6861 @item (attr @var{name})
6862 The value of another attribute is returned.  This is most useful
6863 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
6864 produce more efficient code for non-numeric attributes.
6865 @end table
6866
6867 @end ifset
6868 @ifset INTERNALS
6869 @node Tagging Insns
6870 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
6871 @cindex tagging insns
6872 @cindex assigning attribute values to insns
6873
6874 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
6875 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
6876 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
6877 have an optional last argument to specify the values of attributes for
6878 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
6879 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
6880 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
6881 permits the specification of the values for only one or two attributes
6882 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
6883 next section.
6884
6885 The optional last argument of @code{define_insn} and
6886 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
6887 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
6888 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
6889 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
6890 second operand of the @code{set} is an attribute expression
6891 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
6892
6893 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
6894 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
6895 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
6896 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
6897 each alternative.
6898
6899 @findex set_attr
6900 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
6901 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
6902 specifying a string giving either a single attribute value or a list
6903 of attribute values, one for each alternative.
6904
6905 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
6906 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
6907
6908 @table @code
6909 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
6910 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
6911 or a string containing a comma-separated list giving the values for
6912 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
6913 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
6914
6915 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
6916 which case the attribute will assume its default value for insns matching
6917 that alternative.
6918
6919 @findex set_attr_alternative
6920 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
6921 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
6922 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
6923 tests on the @samp{alternative} attribute.
6924
6925 @findex attr
6926 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
6927 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
6928 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
6929 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
6930 @end table
6931
6932 The following shows three different ways of representing the same
6933 attribute value specification:
6934
6935 @smallexample
6936 (set_attr "type" "load,store,arith")
6937
6938 (set_attr_alternative "type"
6939                       [(const_string "load") (const_string "store")
6940                        (const_string "arith")])
6941
6942 (set (attr "type")
6943      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
6944             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
6945            (const_string "arith")))
6946 @end smallexample
6947
6948 @need 1000
6949 @findex define_asm_attributes
6950 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
6951 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
6952 statement.  It has the form:
6953
6954 @smallexample
6955 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
6956 @end smallexample
6957
6958 @noindent
6959 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
6960 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
6961
6962 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
6963 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
6964
6965 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
6966 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
6967 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
6968 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
6969 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
6970 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
6971 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
6972 of a single machine instruction.
6973
6974 @end ifset
6975 @ifset INTERNALS
6976 @node Attr Example
6977 @subsection Example of Attribute Specifications
6978 @cindex attribute specifications example
6979 @cindex attribute specifications
6980
6981 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
6982 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
6983 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
6984 value.  This attribute is normally used only to define the default value
6985 for other attributes.  An example will clarify this usage.
6986
6987 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
6988 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
6989 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
6990 operations, floating point operations, and branches.
6991
6992 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
6993 the condition code and will limit ourselves to the following possible
6994 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
6995 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
6996 changed if the item previously set into the condition code has been
6997 modified.
6998
6999 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
7000
7001 @smallexample
7002 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
7003
7004 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
7005              (cond [(eq_attr "type" "load")
7006                         (const_string "change0")
7007                     (eq_attr "type" "store,branch")
7008                         (const_string "unchanged")
7009                     (eq_attr "type" "arith")
7010                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
7011                                       (const_string "set")
7012                                       (const_string "clobber"))]
7013                    (const_string "clobber")))
7014
7015 (define_insn ""
7016   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
7017         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
7018   ""
7019   "@@
7020    move %0,%1
7021    load %0,%1
7022    store %0,%1"
7023   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
7024 @end smallexample
7025
7026 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
7027 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
7028 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
7029 full-word result.
7030
7031 @end ifset
7032 @ifset INTERNALS
7033 @node Insn Lengths
7034 @subsection Computing the Length of an Insn
7035 @cindex insn lengths, computing
7036 @cindex computing the length of an insn
7037
7038 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
7039 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
7040 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
7041 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
7042 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
7043 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
7044
7045 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
7046 arithmetic terms are allowed in test expressions:
7047
7048 @table @code
7049 @cindex @code{match_dup} and attributes
7050 @item (match_dup @var{n})
7051 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
7052 must be a @code{label_ref}.
7053
7054 @cindex @code{pc} and attributes
7055 @item (pc)
7056 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
7057 been more consistent with other usage to make this the address of the
7058 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
7059 current insn is to be computed.
7060 @end table
7061
7062 @cindex @code{addr_vec}, length of
7063 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
7064 For normal insns, the length will be determined by value of the
7065 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
7066 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
7067 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
7068
7069 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
7070
7071 The following macros can be used to refine the length computation:
7072
7073 @table @code
7074 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
7075 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
7076 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
7077 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
7078 that contains the initially computed length of the insn and should be
7079 updated with the correct length of the insn.
7080
7081 This macro will normally not be required.  A case in which it is
7082 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
7083 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
7084 may be required.
7085 @end table
7086
7087 @findex get_attr_length
7088 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
7089 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
7090 determine the form of the branch instruction to be written, as the
7091 example below illustrates.
7092
7093 As an example of the specification of variable-length branches, consider
7094 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
7095 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
7096 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
7097 sequence to load the address from memory and then branch to it.
7098
7099 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
7100 as follows:
7101
7102 @smallexample
7103 (define_insn "jump"
7104   [(set (pc)
7105         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
7106   ""
7107 @{
7108    return (get_attr_length (insn) == 4
7109            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
7110 @}
7111   [(set (attr "length")
7112         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
7113                       (const_int 4)
7114                       (const_int 6)))])
7115 @end smallexample
7116
7117 @end ifset
7118 @ifset INTERNALS
7119 @node Constant Attributes
7120 @subsection Constant Attributes
7121 @cindex constant attributes
7122
7123 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
7124 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
7125 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
7126 used to specify which variety of processor is used.  For example,
7127
7128 @smallexample
7129 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
7130  (const
7131   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
7132          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
7133         (const_string "m88000"))))
7134
7135 (define_attr "memory" "fast,slow"
7136  (const
7137   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
7138                 (const_string "fast")
7139                 (const_string "slow"))))
7140 @end smallexample
7141
7142 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
7143 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
7144 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
7145 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
7146 forms involving insn attributes.
7147
7148 @end ifset
7149 @ifset INTERNALS
7150 @node Delay Slots
7151 @subsection Delay Slot Scheduling
7152 @cindex delay slots, defining
7153
7154 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
7155 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
7156 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
7157 after the instruction are executed as if they were located before it.
7158 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
7159 the following instruction before the branch or call is performed.
7160
7161 On some machines, conditional branch instructions can optionally
7162 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
7163 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
7164 instructions that annul if the branch is true and instructions that
7165 annul if the branch is false are supported.
7166
7167 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
7168 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
7169 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
7170 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
7171 instruction scheduling.
7172
7173 @findex define_delay
7174 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
7175 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
7176
7177 @smallexample
7178 (define_delay @var{test}
7179               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
7180                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
7181                @dots{}])
7182 @end smallexample
7183
7184 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
7185 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
7186 required delay slots is determined by the length of the vector specified
7187 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
7188 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
7189 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
7190 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
7191 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
7192 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
7193
7194 For example, in the common case where branch and call insns require
7195 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
7196 call, the following would be placed in the @file{md} file:
7197
7198 @smallexample
7199 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
7200               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
7201 @end smallexample
7202
7203 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
7204 case, each such expression specifies different delay slot requirements
7205 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
7206 expressions are both true.
7207
7208 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
7209 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
7210 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
7211 branch is true, we might represent this as follows:
7212
7213 @smallexample
7214 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
7215    [(eq_attr "type" "!branch,call")
7216     (eq_attr "type" "!branch,call")
7217     (nil)])
7218
7219 (define_delay (eq_attr "type" "call")
7220               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
7221                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
7222 @end smallexample
7223 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
7224
7225 @end ifset
7226 @ifset INTERNALS
7227 @node Processor pipeline description
7228 @subsection Specifying processor pipeline description
7229 @cindex processor pipeline description
7230 @cindex processor functional units
7231 @cindex instruction latency time
7232 @cindex interlock delays
7233 @cindex data dependence delays
7234 @cindex reservation delays
7235 @cindex pipeline hazard recognizer
7236 @cindex automaton based pipeline description
7237 @cindex regular expressions
7238 @cindex deterministic finite state automaton
7239 @cindex automaton based scheduler
7240 @cindex RISC
7241 @cindex VLIW
7242
7243 To achieve better performance, most modern processors
7244 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
7245 processors) have many @dfn{functional units} on which several
7246 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
7247 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
7248 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
7249 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
7250 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
7251 MIPS processors).
7252
7253 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
7254 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
7255 latency time}.  The instruction execution is not started until all
7256 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
7257 complex cases when the instruction execution starts even when the data
7258 are not available but will be ready in given time after the
7259 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
7260 account is simple.  The data dependence (true, output, and
7261 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
7262 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
7263 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
7264 means that two instructions under execution will be in need of shared
7265 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
7266 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
7267 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
7268 processors.
7269
7270 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
7271 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
7272 instruction scheduler has to have an adequate description of the
7273 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
7274 machine descriptions describe processor parallelism and functional
7275 unit reservations for groups of instructions with the aid of
7276 @dfn{regular expressions}.
7277
7278 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
7279 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
7280 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
7281 automatically generated from the processor pipeline description.  The
7282 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
7283 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
7284 the instruction issue is possible if there is a transition from one
7285 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
7286 furthermore, its speed is not dependent on processor
7287 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
7288 processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
7289 can split orthogonal parts of the machine description among several
7290 automata: but then, since each of these must be stepped independently,
7291 this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
7292
7293 @cindex automaton based pipeline description
7294 The rest of this section describes the directives that constitute
7295 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
7296 these constructions within the machine description file is not
7297 important.
7298
7299 @findex define_automaton
7300 @cindex pipeline hazard recognizer
7301 The following optional construction describes names of automata
7302 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
7303 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
7304 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
7305 units to the automata, the total size of the automata is usually
7306 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
7307 construction, only one finite state automaton is generated.
7308
7309 @smallexample
7310 (define_automaton @var{automata-names})
7311 @end smallexample
7312
7313 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
7314 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
7315 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
7316 @code{define_query_cpu_unit}.
7317
7318 @findex define_cpu_unit
7319 @cindex processor functional units
7320 Each processor functional unit used in the description of instruction
7321 reservations should be described by the following construction.
7322
7323 @smallexample
7324 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
7325 @end smallexample
7326
7327 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
7328 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
7329 for other goals.
7330
7331 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
7332 which the unit is bound.  The automaton should be described in
7333 construction @code{define_automaton}.  You should give
7334 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
7335
7336 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
7337 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
7338 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
7339 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
7340 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
7341 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
7342 description of the subsequent constructions.
7343
7344 @findex define_query_cpu_unit
7345 @cindex querying function unit reservations
7346 The following construction describes CPU functional units analogously
7347 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
7348 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
7349 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
7350 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
7351 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
7352 @acronym{VLIW} insn templates).
7353
7354 @smallexample
7355 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
7356 @end smallexample
7357
7358 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
7359 separated by commas.
7360
7361 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
7362 which the unit is bound.
7363
7364 @findex define_insn_reservation
7365 @cindex instruction latency time
7366 @cindex regular expressions
7367 @cindex data bypass
7368 The following construction is the major one to describe pipeline
7369 characteristics of an instruction.
7370
7371 @smallexample
7372 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
7373                          @var{condition} @var{regexp})
7374 @end smallexample
7375
7376 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
7377 instruction.  There is an important difference between the old
7378 description and the automaton based pipeline description.  The latency
7379 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
7380 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
7381 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
7382 zero and the cost of output dependencies is the difference between
7383 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
7384 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
7385 change the default costs for any description by using the target hook
7386 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
7387
7388 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
7389 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
7390 the automaton description file generated for debugging.  The internal
7391 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
7392 good practice to use insn classes described in the processor manual.
7393
7394 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
7395 construction.  You should remember that you will be in trouble if
7396 @var{condition} for two or more different
7397 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
7398 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
7399 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
7400 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
7401 the same value is quite difficult (especially if the conditions
7402 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
7403 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
7404 recognizer considerably.
7405
7406 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
7407 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
7408 expression according to the following syntax:
7409
7410 @smallexample
7411        regexp = regexp "," oneof
7412               | oneof
7413
7414        oneof = oneof "|" allof
7415              | allof
7416
7417        allof = allof "+" repeat
7418              | repeat
7419
7420        repeat = element "*" number
7421               | element
7422
7423        element = cpu_function_unit_name
7424                | reservation_name
7425                | result_name
7426                | "nothing"
7427                | "(" regexp ")"
7428 @end smallexample
7429
7430 @itemize @bullet
7431 @item
7432 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
7433 the reservation.
7434
7435 @item
7436 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
7437 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
7438 regular expression @strong{or} etc.
7439
7440 @item
7441 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
7442 regular expression @strong{and} a reservation described by the
7443 second regular expression @strong{and} etc.
7444
7445 @item
7446 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
7447 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
7448 advancing (see @samp{,}).
7449
7450 @item
7451 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
7452 functional unit.
7453
7454 @item
7455 @samp{reservation_name} --- see description of construction
7456 @samp{define_reservation}.
7457
7458 @item
7459 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
7460 @end itemize
7461
7462 @findex define_reservation
7463 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
7464 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
7465 the common part by the following construction
7466
7467 @smallexample
7468 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
7469 @end smallexample
7470
7471 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
7472 Functional unit names and reservation names are in the same name
7473 space.  So the reservation names should be different from the
7474 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
7475
7476 @findex define_bypass
7477 @cindex instruction latency time
7478 @cindex data bypass
7479 The following construction is used to describe exceptions in the
7480 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
7481
7482 @smallexample
7483 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
7484                [@var{guard}])
7485 @end smallexample
7486
7487 @var{number} defines when the result generated by the instructions
7488 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
7489 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
7490 the string are separated by commas.
7491
7492 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
7493 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
7494 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
7495 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
7496 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
7497 of insn @samp{store} (not a stored value).
7498
7499 @findex exclusion_set
7500 @findex presence_set
7501 @findex final_presence_set
7502 @findex absence_set
7503 @findex final_absence_set
7504 @cindex VLIW
7505 @cindex RISC
7506 The following five constructions are usually used to describe
7507 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
7508 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
7509 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
7510
7511 @smallexample
7512 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
7513 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7514 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7515 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7516 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7517 @end smallexample
7518
7519 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
7520 separated by commas.
7521
7522 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
7523 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
7524 separated by white-spaces.
7525
7526 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
7527 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
7528 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
7529 example, the construction is useful for describing processors
7530 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
7531 functional unit which can execute simultaneously only single floating
7532 point insns or only double floating point insns.
7533
7534 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
7535 functional unit in the first string can not be reserved unless at
7536 least one of pattern of units whose names are in the second string is
7537 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
7538 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
7539 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
7540 construction
7541
7542 @smallexample
7543 (presence_set "slot1" "slot0")
7544 @end smallexample
7545
7546 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7547 reservation.  In this case we could write
7548
7549 @smallexample
7550 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
7551 @end smallexample
7552
7553 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
7554 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
7555 done.  When an instruction is issued in given automaton state
7556 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
7557 state is changed.  The first state is a source state, the second one
7558 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
7559 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
7560 done on the result reservation.  This construction is useful to
7561 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
7562 For example, if we use
7563
7564 @smallexample
7565 (presence_set "slot1" "slot0")
7566 @end smallexample
7567
7568 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
7569 @samp{slot0} which is absent in the source state).
7570
7571 @smallexample
7572 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
7573 @end smallexample
7574
7575 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
7576
7577 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
7578 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
7579 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
7580 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
7581 this one but it is symmetric).  For example it might be useful in a 
7582 @acronym{VLIW} description to say that @samp{slot0} cannot be reserved
7583 after either @samp{slot1} or @samp{slot2} have been reserved.  This
7584 can be described as:
7585
7586 @smallexample
7587 (absence_set "slot0" "slot1, slot2")
7588 @end smallexample
7589
7590 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7591 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
7592 this case we could write
7593
7594 @smallexample
7595 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
7596 @end smallexample
7597
7598 All functional units mentioned in a set should belong to the same
7599 automaton.
7600
7601 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
7602 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
7603 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
7604
7605 @findex automata_option
7606 @cindex deterministic finite state automaton
7607 @cindex nondeterministic finite state automaton
7608 @cindex finite state automaton minimization
7609 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
7610 the following construction.
7611
7612 @smallexample
7613 (automata_option @var{options})
7614 @end smallexample
7615
7616 @var{options} is a string giving options which affect the generated
7617 code.  Currently there are the following options:
7618
7619 @itemize @bullet
7620 @item
7621 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
7622 only worth to do when we are debugging the description and need to
7623 look more accurately at reservations of states.
7624
7625 @item
7626 @dfn{time} means printing time statistics about the generation of
7627 automata.
7628
7629 @item
7630 @dfn{stats} means printing statistics about the generated automata
7631 such as the number of DFA states, NDFA states and arcs.
7632
7633 @item
7634 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
7635 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
7636 verification and debugging.
7637
7638 @item
7639 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
7640 non-critical errors.
7641
7642 @item
7643 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
7644 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
7645 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
7646 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
7647 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
7648 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
7649
7650 @item
7651 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
7652 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
7653 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
7654 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
7655 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
7656 huge automaton.
7657 @end itemize
7658
7659 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
7660 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
7661 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
7662 the following functional units.
7663
7664 @smallexample
7665 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
7666 (define_cpu_unit "port0, port1")
7667 @end smallexample
7668
7669 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
7670 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
7671 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
7672 are issued into the second pipeline.  Integer division and
7673 multiplication insns can be executed only in the second integer
7674 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
7675 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
7676 integer division insn can not be issued until the current division
7677 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
7678 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
7679 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
7680 incurred.  To describe all of this we could specify
7681
7682 @smallexample
7683 (define_cpu_unit "div")
7684
7685 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7686                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
7687
7688 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
7689                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
7690
7691 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
7692                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
7693
7694 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
7695                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
7696
7697 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
7698 @end smallexample
7699
7700 To simplify the description we could describe the following reservation
7701
7702 @smallexample
7703 (define_reservation "finish" "port0|port1")
7704 @end smallexample
7705
7706 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
7707 construction
7708
7709 @smallexample
7710 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7711                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
7712 @end smallexample
7713
7714
7715 @end ifset
7716 @ifset INTERNALS
7717 @node Conditional Execution
7718 @section Conditional Execution
7719 @cindex conditional execution
7720 @cindex predication
7721
7722 A number of architectures provide for some form of conditional
7723 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
7724 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
7725 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
7726 can be quite tedious to describe these forms directly in the
7727 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
7728
7729 @findex define_cond_exec
7730 @smallexample
7731 (define_cond_exec
7732   [@var{predicate-pattern}]
7733   "@var{condition}"
7734   "@var{output-template}")
7735 @end smallexample
7736
7737 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
7738 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
7739 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
7740 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
7741 alternative.
7742
7743 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
7744 pattern to match.
7745
7746 @findex current_insn_predicate
7747 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
7748 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
7749 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
7750 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
7751 In order to handle the general case, there is a global variable
7752 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
7753 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
7754
7755 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
7756 the @code{predicable} instruction attribute is made.
7757 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
7758 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
7759 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
7760 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
7761 alternative or anything else.
7762
7763 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
7764 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
7765 generated that matches a predicated version of the instruction.
7766 For example,
7767
7768 @smallexample
7769 (define_insn "addsi"
7770   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
7771         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
7772                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
7773   "@var{test1}"
7774   "add %2,%1,%0")
7775
7776 (define_cond_exec
7777   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
7778        (const_int 0))]
7779   "@var{test2}"
7780   "(%0)")
7781 @end smallexample
7782
7783 @noindent
7784 generates a new pattern
7785
7786 @smallexample
7787 (define_insn ""
7788   [(cond_exec
7789      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
7790      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
7791           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
7792                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
7793   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
7794   "(%3) add %2,%1,%0")
7795 @end smallexample
7796
7797 @end ifset
7798 @ifset INTERNALS
7799 @node Constant Definitions
7800 @section Constant Definitions
7801 @cindex constant definitions
7802 @findex define_constants
7803
7804 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
7805 can be a maintenance problem.
7806
7807 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
7808 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
7809 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
7810 if the corresponding value had been written instead.  You may use
7811 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
7812 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
7813 a different value.
7814
7815 To come back to the a29k load multiple example, instead of
7816
7817 @smallexample
7818 (define_insn ""
7819   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
7820      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
7821            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
7822       (use (reg:SI 179))
7823       (clobber (reg:SI 179))])]
7824   ""
7825   "loadm 0,0,%1,%2")
7826 @end smallexample
7827
7828 You could write:
7829
7830 @smallexample
7831 (define_constants [
7832     (R_BP 177)
7833     (R_FC 178)
7834     (R_CR 179)
7835     (R_Q  180)
7836 ])
7837
7838 (define_insn ""
7839   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
7840      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
7841            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
7842       (use (reg:SI R_CR))
7843       (clobber (reg:SI R_CR))])]
7844   ""
7845   "loadm 0,0,%1,%2")
7846 @end smallexample
7847
7848 The constants that are defined with a define_constant are also output
7849 in the insn-codes.h header file as #defines.
7850 @end ifset
7851 @ifset INTERNALS
7852 @node Iterators
7853 @section Iterators
7854 @cindex iterators in @file{.md} files
7855
7856 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
7857 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple iterator
7858 facilities to make this process easier.
7859
7860 @menu
7861 * Mode Iterators::         Generating variations of patterns for different modes.
7862 * Code Iterators::         Doing the same for codes.
7863 @end menu
7864
7865 @node Mode Iterators
7866 @subsection Mode Iterators
7867 @cindex mode iterators in @file{.md} files
7868
7869 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
7870 For example:
7871
7872 @itemize @bullet
7873 @item
7874 If a processor has hardware support for both single and double
7875 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
7876 very similar to the @code{DFmode} ones.
7877
7878 @item
7879 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
7880 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
7881 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
7882 @end itemize
7883
7884 Mode iterators allow several patterns to be instantiated from one
7885 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
7886 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
7887 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
7888
7889 @menu
7890 * Defining Mode Iterators:: Defining a new mode iterator.
7891 * Substitutions::           Combining mode iterators with substitutions
7892 * Examples::                Examples
7893 @end menu
7894
7895 @node Defining Mode Iterators
7896 @subsubsection Defining Mode Iterators
7897 @findex define_mode_iterator
7898
7899 The syntax for defining a mode iterator is:
7900
7901 @smallexample
7902 (define_mode_iterator @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{moden} "@var{condn}")])
7903 @end smallexample
7904
7905 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
7906 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
7907 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
7908 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
7909 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
7910 C condition will also require that @var{condi} be true.
7911
7912 For example:
7913
7914 @smallexample
7915 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
7916 @end smallexample
7917
7918 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
7919 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
7920 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
7921 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
7922 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
7923
7924 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
7925 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
7926 to @code{@var{mode}}.  For example:
7927
7928 @smallexample
7929 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
7930 @end smallexample
7931
7932 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
7933 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
7934
7935 Iterators are applied in the order they are defined.  This can be
7936 significant if two iterators are used in a construct that requires
7937 substitutions.  @xref{Substitutions}.
7938
7939 @node Substitutions
7940 @subsubsection Substitution in Mode Iterators
7941 @findex define_mode_attr
7942
7943 If an @file{.md} file construct uses mode iterators, each version of the
7944 construct will often need slightly different strings or modes.  For
7945 example:
7946
7947 @itemize @bullet
7948 @item
7949 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
7950 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
7951 appropriate mode name for @var{m}.
7952
7953 @item
7954 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
7955 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
7956
7957 @item
7958 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
7959 using an iterator for one of the operand modes usually requires a specific
7960 mode for the other operand(s).
7961 @end itemize
7962
7963 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
7964 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
7965 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
7966 upper case.  You can define other attributes using:
7967
7968 @smallexample
7969 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") @dots{} (@var{moden} "@var{valuen}")])
7970 @end smallexample
7971
7972 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
7973 is the value associated with @var{modei}.
7974
7975 When GCC replaces some @var{:iterator} with @var{:mode}, it will scan
7976 each string and mode in the pattern for sequences of the form
7977 @code{<@var{iterator}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
7978 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
7979 @code{<@dots{}>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
7980 value.
7981
7982 For example, suppose an @file{.md} file has:
7983
7984 @smallexample
7985 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
7986 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
7987 @end smallexample
7988
7989 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
7990 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
7991 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
7992 @code{"ld\t%0,%1"}.
7993
7994 Here is an example of using an attribute for a mode:
7995
7996 @smallexample
7997 (define_mode_iterator LONG [SI DI])
7998 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
7999 (define_insn @dots{}
8000   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> @dots{})) @dots{})
8001 @end smallexample
8002
8003 The @code{@var{iterator}:} prefix may be omitted, in which case the
8004 substitution will be attempted for every iterator expansion.
8005
8006 @node Examples
8007 @subsubsection Mode Iterator Examples
8008
8009 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
8010 modes and attributes (among others):
8011
8012 @smallexample
8013 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
8014 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
8015 @end smallexample
8016
8017 and uses the following template to define both @code{subsi3}
8018 and @code{subdi3}:
8019
8020 @smallexample
8021 (define_insn "sub<mode>3"
8022   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
8023         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
8024                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
8025   ""
8026   "<d>subu\t%0,%1,%2"
8027   [(set_attr "type" "arith")
8028    (set_attr "mode" "<MODE>")])
8029 @end smallexample
8030
8031 This is exactly equivalent to:
8032
8033 @smallexample
8034 (define_insn "subsi3"
8035   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
8036         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
8037                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
8038   ""
8039   "subu\t%0,%1,%2"
8040   [(set_attr "type" "arith")
8041    (set_attr "mode" "SI")])
8042
8043 (define_insn "subdi3"
8044   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
8045         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
8046                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
8047   ""
8048   "dsubu\t%0,%1,%2"
8049   [(set_attr "type" "arith")
8050    (set_attr "mode" "DI")])
8051 @end smallexample
8052
8053 @node Code Iterators
8054 @subsection Code Iterators
8055 @cindex code iterators in @file{.md} files
8056 @findex define_code_iterator
8057 @findex define_code_attr
8058
8059 Code iterators operate in a similar way to mode iterators.  @xref{Mode Iterators}.
8060
8061 The construct:
8062
8063 @smallexample
8064 (define_code_iterator @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{coden} "@var{condn}")])
8065 @end smallexample
8066
8067 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
8068 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
8069 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
8070
8071 As with mode iterators, each pattern that uses @var{name} will be
8072 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
8073 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
8074 @xref{Defining Mode Iterators}.
8075
8076 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
8077 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
8078 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
8079 Other attributes are defined using:
8080
8081 @smallexample
8082 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") @dots{} (@var{coden} "@var{valuen}")])
8083 @end smallexample
8084
8085 Here's an example of code iterators in action, taken from the MIPS port:
8086
8087 @smallexample
8088 (define_code_iterator any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
8089                                 eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
8090
8091 (define_expand "b<code>"
8092   [(set (pc)
8093         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
8094                                    (const_int 0))
8095                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8096                       (pc)))]
8097   ""
8098 @{
8099   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
8100   DONE;
8101 @})
8102 @end smallexample
8103
8104 This is equivalent to:
8105
8106 @smallexample
8107 (define_expand "bunordered"
8108   [(set (pc)
8109         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
8110                                     (const_int 0))
8111                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8112                       (pc)))]
8113   ""
8114 @{
8115   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
8116   DONE;
8117 @})
8118
8119 (define_expand "bordered"
8120   [(set (pc)
8121         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
8122                                   (const_int 0))
8123                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8124                       (pc)))]
8125   ""
8126 @{
8127   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
8128   DONE;
8129 @})
8130
8131 @dots{}
8132 @end smallexample
8133
8134 @end ifset