OSDN Git Service

* doc/c-tree.texi, doc/cfg.texi, doc/contrib.texi, doc/cpp.texi,
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / doc / md.texi
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1996, 1998, 1999, 2000, 2001,
2 @c 2002, 2003, 2004 Free Software Foundation, Inc.
3 @c This is part of the GCC manual.
4 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
5
6 @ifset INTERNALS
7 @node Machine Desc
8 @chapter Machine Descriptions
9 @cindex machine descriptions
10
11 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
12 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
13
14 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
15 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
16 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
17 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
18 is inside a quoted string.
19
20 See the next chapter for information on the C header file.
21
22 @menu
23 * Overview::            How the machine description is used.
24 * Patterns::            How to write instruction patterns.
25 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
26 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
27 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
28                           from such an insn.
29 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
30                           the assembler code.
31 * Predicates::          Controlling what kinds of operands can be used
32                           for an insn.
33 * Constraints::         Fine-tuning operand selection.
34 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
35 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
36 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
37 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
38 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
39 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
40 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
41                           for a standard operation.
42 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
43 * Including Patterns::      Including Patterns in Machine Descriptions.
44 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
45 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
46 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
47                            predication.
48 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
49                         md file.
50 * Macros::              Using macros to generate patterns from a template.
51 @end menu
52
53 @node Overview
54 @section Overview of How the Machine Description is Used
55
56 There are three main conversions that happen in the compiler:
57
58 @enumerate
59
60 @item
61 The front end reads the source code and builds a parse tree.
62
63 @item
64 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
65 instruction patterns.
66
67 @item
68 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
69 code.
70
71 @end enumerate
72
73 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
74 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
75 choose the pattern with the right name and apply the operands according
76 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
77 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
78 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
79 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
80 named pattern it needs, it will abort.
81
82 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
83 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
84 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
85 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
86 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
87 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
88 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
89 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
90
91 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
92 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
93 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
94 example.
95
96 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
97 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
98 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
99 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
100
101 @node Patterns
102 @section Everything about Instruction Patterns
103 @cindex patterns
104 @cindex instruction patterns
105
106 @findex define_insn
107 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
108 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
109 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
110 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
111
112 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
113
114 @enumerate
115 @item
116 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
117 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
118 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
119 the instruction patterns with those names, if the names are defined
120 in the machine description.
121
122 The absence of a name is indicated by writing an empty string
123 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
124 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
125 to be combined later on.
126
127 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
128 effect; they are equivalent to no name at all.
129
130 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
131 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
132 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
133 to having a nameless pattern for all other purposes.
134
135 @item
136 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
137 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
138 incomplete because it may contain @code{match_operand},
139 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
140 operands of the instruction.
141
142 If the vector has only one element, that element is the template for the
143 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
144 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
145 elements described.
146
147 @item
148 @cindex pattern conditions
149 @cindex conditions, in patterns
150 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
151 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
152
153 @cindex named patterns and conditions
154 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
155 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
156 flags.  The compiler needs to test these conditions during
157 initialization in order to learn exactly which named instructions are
158 available in a particular run.
159
160 @findex operands
161 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
162 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
163 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
164 @code{operands}.  For an insn where the condition has once matched, it
165 can't be used to control register allocation, for example by excluding
166 certain hard registers or hard register combinations.
167
168 @item
169 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
170 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
171 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
172
173 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
174 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
175
176 @item
177 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
178 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
179 @end enumerate
180
181 @node Example
182 @section Example of @code{define_insn}
183 @cindex @code{define_insn} example
184
185 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
186
187 @smallexample
188 (define_insn "tstsi"
189   [(set (cc0)
190         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
191   ""
192   "*
193 @{
194   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
195     return \"tstl %0\";
196   return \"cmpl #0,%0\";
197 @}")
198 @end smallexample
199
200 @noindent
201 This can also be written using braced strings:
202
203 @smallexample
204 (define_insn "tstsi"
205   [(set (cc0)
206         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
207   ""
208 @{
209   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
210     return "tstl %0";
211   return "cmpl #0,%0";
212 @})
213 @end smallexample
214
215 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
216 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
217 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
218 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
219 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
220 can be constructed using this pattern.
221
222 The output control string is a piece of C code which chooses which
223 output template to return based on the kind of operand and the specific
224 type of CPU for which code is being generated.
225
226 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
227
228 @node RTL Template
229 @section RTL Template
230 @cindex RTL insn template
231 @cindex generating insns
232 @cindex insns, generating
233 @cindex recognizing insns
234 @cindex insns, recognizing
235
236 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
237 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
238 says how to construct an insn from specified operands.
239
240 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
241 template.  Matching involves determining the values that serve as the
242 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
243 controlled by special expression types that direct matching and
244 substitution of the operands.
245
246 @table @code
247 @findex match_operand
248 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
249 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
250 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
251 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
252 appears at this position in the insn will be taken as operand
253 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
254 pattern will not match at all.
255
256 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
257 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
258 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
259 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
260 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
261 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
262 other operand numbers.
263
264 @var{predicate} is a string that is the name of a function that
265 accepts two arguments, an expression and a machine mode.
266 @xref{Predicates}.  During matching, the function will be called with
267 the putative operand as the expression and @var{m} as the mode
268 argument (if @var{m} is not specified, @code{VOIDmode} will be used,
269 which normally causes @var{predicate} to accept any mode).  If it
270 returns zero, this instruction pattern fails to match.
271 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be
272 done on the operand, so anything which occurs in this position is
273 valid.
274
275 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
276 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
277 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
278 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
279 @code{VOIDmode}.
280
281 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
282 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
283 If the constraint would be an empty string, it can be omitted.
284
285 People are often unclear on the difference between the constraint and the
286 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
287 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
288 controls various decisions in the case of an insn which does match.
289
290 @findex match_scratch
291 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
292 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
293 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
294 expression.
295
296 When matching patterns, this is equivalent to
297
298 @smallexample
299 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
300 @end smallexample
301
302 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
303 expression.
304
305 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
306 expressions whose operands are either a hard register or
307 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
308 necessary.  @xref{Side Effects}.
309
310 @findex match_dup
311 @item (match_dup @var{n})
312 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
313 It is used when the operand needs to appear more than once in the
314 insn.
315
316 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
317 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
318 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
319 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
320 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
321 identical-looking expression.
322
323 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
324 a particular register is being used for two operands (example:
325 @code{add} that adds one register to another; the second register is
326 both an input operand and the output operand).  Use a matching
327 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
328 operand is used in two places in the template, such as an instruction
329 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
330 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
331 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
332
333 @findex match_operator
334 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
335 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
336 code.
337
338 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
339 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
340 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
341
342 When matching an expression, it matches an expression if the function
343 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
344 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
345
346 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
347 follows, to match any expression whose operator is one of the
348 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
349
350 @smallexample
351 int
352 commutative_integer_operator (x, mode)
353      rtx x;
354      enum machine_mode mode;
355 @{
356   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
357   if (GET_MODE (x) != mode)
358     return 0;
359   return (GET_RTX_CLASS (code) == RTX_COMM_ARITH
360           || code == EQ || code == NE);
361 @}
362 @end smallexample
363
364 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
365 of a commutative operator applied to two general operands:
366
367 @smallexample
368 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
369   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
370    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
371 @end smallexample
372
373 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
374 because the expressions to be matched all contain two operands.
375
376 When this pattern does match, the two operands of the commutative
377 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
378 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
379 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
380 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
381
382 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
383 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
384 predicate function, and that function is solely responsible for
385 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
386
387 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
388 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
389 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
390 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
391 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
392 only its expression code matters.
393
394 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
395 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
396 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
397 register allocation because the register allocator often looks at
398 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
399
400 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
401 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
402 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
403 However, if parts of its @var{operands} are matched by
404 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
405 their own.
406
407 @findex match_op_dup
408 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
409 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
410 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
411 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
412 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
413 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
414 recognition template, and it matches only an identical-looking
415 expression.
416
417 @findex match_parallel
418 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
419 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
420 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
421 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
422
423 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
424 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
425 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
426 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
427 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
428 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
429 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
430 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
431 those listed in the @code{match_parallel}.
432
433 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
434 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
435 in a @code{parallel}.  For example,
436
437 @smallexample
438 (define_insn ""
439   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
440      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
441            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
442       (use (reg:SI 179))
443       (clobber (reg:SI 179))])]
444   ""
445   "loadm 0,0,%1,%2")
446 @end smallexample
447
448 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
449 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
450 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
451 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
452 registers and memory locations.
453
454 An insn that matches this pattern might look like:
455
456 @smallexample
457 (parallel
458  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
459   (use (reg:SI 179))
460   (clobber (reg:SI 179))
461   (set (reg:SI 21)
462        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
463                         (const_int 4))))
464   (set (reg:SI 22)
465        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
466                         (const_int 8))))])
467 @end smallexample
468
469 @findex match_par_dup
470 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
471 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
472 @code{match_operator}.
473
474 @end table
475
476 @node Output Template
477 @section Output Templates and Operand Substitution
478 @cindex output templates
479 @cindex operand substitution
480
481 @cindex @samp{%} in template
482 @cindex percent sign
483 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
484 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
485 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
486 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
487 identify places where different variants of the assembler require
488 different syntax.
489
490 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
491 operand @var{n} at that point in the string.
492
493 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
494 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
495 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
496 additional letters with nonstandard meanings.
497
498 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
499 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
500 operand.
501
502 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
503 the constant is negated before printing.
504
505 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
506 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
507 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
508 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
509 as if it were a memory reference.
510
511 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
512 instruction.
513
514 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
515 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
516 referred to more than once in a single template that generates multiple
517 assembler instructions.
518
519 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
520 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
521 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
522 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
523 which punctuation characters are valid with the
524 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
525
526 @cindex \
527 @cindex backslash
528 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
529 for the instructions, with @samp{\;} between them.
530
531 @cindex matching operands
532 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
533 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
534 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
535 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
536 operand.
537
538 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
539 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
540 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
541 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
542 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
543 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
544 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
545 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
546 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
547 it to do nothing.
548
549 @cindex @code{#} in template
550 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
551 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
552 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
553 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
554 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
555 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
556 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
557 instructions.
558
559 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
560 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
561 describe multiple variants of assembler language syntax.
562 @xref{Instruction Output}.
563
564 @node Output Statement
565 @section C Statements for Assembler Output
566 @cindex output statements
567 @cindex C statements for assembler output
568 @cindex generating assembler output
569
570 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
571 assembler code for all the cases that are recognized by a single
572 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
573 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
574 machine instructions.
575
576 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
577 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
578 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
579 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
580 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
581 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
582 might write this pattern:
583
584 @smallexample
585 (define_insn "addsi3"
586   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
587         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
588                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
589   ""
590   "@@
591    addr %2,%0
592    addm %2,%0")
593 @end smallexample
594
595 @cindex @code{*} in template
596 @cindex asterisk in template
597 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
598 output template but rather a piece of C program that should compute a
599 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
600 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
601 require doublequote characters to delimit them.  To include these
602 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
603
604 If the output control string is written as a brace block instead of a
605 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
606 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
607 doublequotes surrounding C string literals.
608
609 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
610 is @code{rtx []}.
611
612 It is very common to select different ways of generating assembler code
613 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
614 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
615 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
616 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
617 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
618 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
619 values of those bits.
620
621 @findex output_asm_insn
622 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
623 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
624 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
625 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
626 that you declare locally and initialize yourself.
627
628 @findex which_alternative
629 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
630 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
631 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
632 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
633 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
634 etc.).
635
636 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
637 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
638 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
639
640 @smallexample
641 (define_insn ""
642   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
643         (const_int 0))]
644   ""
645   @{
646   return (which_alternative == 0
647           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
648   @})
649 @end smallexample
650
651 The example above, where the assembler code to generate was
652 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
653 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
654
655 @smallexample
656 @group
657 (define_insn ""
658   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
659         (const_int 0))]
660   ""
661   "@@
662    clrreg %0
663    clrmem %0")
664 @end group
665 @end smallexample
666
667 @node Predicates
668 @section Predicates
669 @cindex predicates
670 @cindex operand predicates
671 @cindex operator predicates
672
673 A predicate determines whether a @code{match_operand} or
674 @code{match_operator} expression matches, and therefore whether the
675 surrounding instruction pattern will be used for that combination of
676 operands.  GCC has a number of machine-independent predicates, and you
677 can define machine-specific predicates as needed.  By convention,
678 predicates used with @code{match_operand} have names that end in
679 @samp{_operand}, and those used with @code{match_operator} have names
680 that end in @samp{_operator}.
681
682 All predicates are Boolean functions (in the mathematical sense) of
683 two arguments: the RTL expression that is being considered at that
684 position in the instruction pattern, and the machine mode that the
685 @code{match_operand} or @code{match_operator} specifies.  In this
686 section, the first argument is called @var{op} and the second argument
687 @var{mode}.  Predicates can be called from C as ordinary two-argument
688 functions; this can be useful in output templates or other
689 machine-specific code.
690
691 Operand predicates can allow operands that are not actually acceptable
692 to the hardware, as long as the constraints give reload the ability to
693 fix them up (@pxref{Constraints}).  However, GCC will usually generate
694 better code if the predicates specify the requirements of the machine
695 instructions as closely as possible.  Reload cannot fix up operands
696 that must be constants (``immediate operands''); you must use a
697 predicate that allows only constants, or else enforce the requirement
698 in the extra condition.
699
700 @cindex predicates and machine modes
701 @cindex normal predicates
702 @cindex special predicates
703 Most predicates handle their @var{mode} argument in a uniform manner.
704 If @var{mode} is @code{VOIDmode} (unspecified), then @var{op} can have
705 any mode.  If @var{mode} is anything else, then @var{op} must have the
706 same mode, unless @var{op} is a @code{CONST_INT} or integer
707 @code{CONST_DOUBLE}.  These RTL expressions always have
708 @code{VOIDmode}, so it would be counterproductive to check that their
709 mode matches.  Instead, predicates that accept @code{CONST_INT} and/or
710 integer @code{CONST_DOUBLE} check that the value stored in the
711 constant will fit in the requested mode.
712
713 Predicates with this behavior are called @dfn{normal}.
714 @command{genrecog} can optimize the instruction recognizer based on
715 knowledge of how normal predicates treat modes.  It can also diagnose
716 certain kinds of common errors in the use of normal predicates; for
717 instance, it is almost always an error to use a normal predicate
718 without specifying a mode.
719
720 Predicates that do something different with their @var{mode} argument
721 are called @dfn{special}.  The generic predicates
722 @code{address_operand} and @code{pmode_register_operand} are special
723 predicates.  @command{genrecog} does not do any optimizations or
724 diagnosis when special predicates are used.
725
726 @menu
727 * Machine-Independent Predicates::  Predicates available to all back ends.
728 * Defining Predicates::             How to write machine-specific predicate
729                                     functions.
730 @end menu
731
732 @node Machine-Independent Predicates
733 @subsection Machine-Independent Predicates
734 @cindex machine-independent predicates
735 @cindex generic predicates
736
737 These are the generic predicates available to all back ends.  They are
738 defined in @file{recog.c}.  The first category of predicates allow
739 only constant, or @dfn{immediate}, operands.
740
741 @defun immediate_operand
742 This predicate allows any sort of constant that fits in @var{mode}.
743 It is an appropriate choice for instructions that take operands that
744 must be constant.
745 @end defun
746
747 @defun const_int_operand
748 This predicate allows any @code{CONST_INT} expression that fits in
749 @var{mode}.  It is an appropriate choice for an immediate operand that
750 does not allow a symbol or label.
751 @end defun
752
753 @defun const_double_operand
754 This predicate accepts any @code{CONST_DOUBLE} expression that has
755 exactly @var{mode}.  If @var{mode} is @code{VOIDmode}, it will also
756 accept @code{CONST_INT}.  It is intended for immediate floating point
757 constants.
758 @end defun
759
760 @noindent
761 The second category of predicates allow only some kind of machine
762 register.
763
764 @defun register_operand
765 This predicate allows any @code{REG} or @code{SUBREG} expression that
766 is valid for @var{mode}.  It is often suitable for arithmetic
767 instruction operands on a RISC machine.
768 @end defun
769
770 @defun pmode_register_operand
771 This is a slight variant on @code{register_operand} which works around
772 a limitation in the machine-description reader.
773
774 @smallexample
775 (match_operand @var{n} "pmode_register_operand" @var{constraint})
776 @end smallexample
777
778 @noindent
779 means exactly what
780
781 @smallexample
782 (match_operand:P @var{n} "register_operand" @var{constraint})
783 @end smallexample
784
785 @noindent
786 would mean, if the machine-description reader accepted @samp{:P}
787 mode suffixes.  Unfortunately, it cannot, because @code{Pmode} is an
788 alias for some other mode, and might vary with machine-specific
789 options.  @xref{Misc}.
790 @end defun
791
792 @defun scratch_operand
793 This predicate allows hard registers and @code{SCRATCH} expressions,
794 but not pseudo-registers.  It is used internally by @code{match_scratch};
795 it should not be used directly.
796 @end defun
797
798 @noindent
799 The third category of predicates allow only some kind of memory reference.
800
801 @defun memory_operand
802 This predicate allows any valid reference to a quantity of mode
803 @var{mode} in memory, as determined by the weak form of
804 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS} (@pxref{Addressing Modes}).
805 @end defun
806
807 @defun address_operand
808 This predicate is a little unusual; it allows any operand that is a
809 valid expression for the @emph{address} of a quantity of mode
810 @var{mode}, again determined by the weak form of
811 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS}.  To first order, if
812 @samp{@w{(mem:@var{mode} (@var{exp}))}} is acceptable to
813 @code{memory_operand}, then @var{exp} is acceptable to
814 @code{address_operand}.  Note that @var{exp} does not necessarily have
815 the mode @var{mode}.
816 @end defun
817
818 @defun indirect_operand
819 This is a stricter form of @code{memory_operand} which allows only
820 memory references with a @code{general_operand} as the address
821 expression.  New uses of this predicate are discouraged, because
822 @code{general_operand} is very permissive, so it's hard to tell what
823 an @code{indirect_operand} does or does not allow.  If a target has
824 different requirements for memory operands for different instructions,
825 it is better to define target-specific predicates which enforce the
826 hardware's requirements explicitly.
827 @end defun
828
829 @defun push_operand
830 This predicate allows a memory reference suitable for pushing a value
831 onto the stack.  This will be a @code{MEM} which refers to
832 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address expression
833 (@pxref{Incdec}); which one is determined by the
834 @code{STACK_PUSH_CODE} macro (@pxref{Frame Layout}).
835 @end defun
836
837 @defun pop_operand
838 This predicate allows a memory reference suitable for popping a value
839 off the stack.  Again, this will be a @code{MEM} referring to
840 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address
841 expression.  However, this time @code{STACK_POP_CODE} is expected.
842 @end defun
843
844 @noindent
845 The fourth category of predicates allow some combination of the above
846 operands.
847
848 @defun nonmemory_operand
849 This predicate allows any immediate or register operand valid for @var{mode}.
850 @end defun
851
852 @defun nonimmediate_operand
853 This predicate allows any register or memory operand valid for @var{mode}.
854 @end defun
855
856 @defun general_operand
857 This predicate allows any immediate, register, or memory operand
858 valid for @var{mode}.
859 @end defun
860
861 @noindent
862 Finally, there is one generic operator predicate.
863
864 @defun comparison_operator
865 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
866 comparison in @var{mode}; that is, @code{COMPARISON_P} is true for the
867 expression code.
868 @end defun
869
870 @node Defining Predicates
871 @subsection Defining Machine-Specific Predicates
872 @cindex defining predicates
873 @findex define_predicate
874 @findex define_special_predicate
875
876 Many machines have requirements for their operands that cannot be
877 expressed precisely using the generic predicates.  You can define
878 additional predicates using @code{define_predicate} and
879 @code{define_special_predicate} expressions.  These expressions have
880 three operands:
881
882 @itemize @bullet
883 @item
884 The name of the predicate, as it will be referred to in
885 @code{match_operand} or @code{match_operator} expressions.
886
887 @item
888 An RTL expression which evaluates to true if the predicate allows the
889 operand @var{op}, false if it does not.  This expression can only use
890 the following RTL codes:
891
892 @table @code
893 @item MATCH_OPERAND
894 When written inside a predicate expression, a @code{MATCH_OPERAND}
895 expression evaluates to true if the predicate it names would allow
896 @var{op}.  The operand number and constraint are ignored.  Due to
897 limitations in @command{genrecog}, you can only refer to generic
898 predicates and predicates that have already been defined.
899
900 @item MATCH_CODE
901 This expression has one operand, a string constant containing a
902 comma-separated list of RTX code names (in lower case).  It evaluates
903 to true if @var{op} has any of the listed codes.
904
905 @item MATCH_TEST
906 This expression has one operand, a string constant containing a C
907 expression.  The predicate's arguments, @var{op} and @var{mode}, are
908 available with those names in the C expression.  The @code{MATCH_TEST}
909 evaluates to true if the C expression evaluates to a nonzero value.
910 @code{MATCH_TEST} expressions must not have side effects.
911
912 @item  AND
913 @itemx IOR
914 @itemx NOT
915 @itemx IF_THEN_ELSE
916 The basic @samp{MATCH_} expressions can be combined using these
917 logical operators, which have the semantics of the C operators
918 @samp{&&}, @samp{||}, @samp{!}, and @samp{@w{? :}} respectively.
919 @end table
920
921 @item
922 An optional block of C code, which should execute
923 @samp{@w{return true}} if the predicate is found to match and
924 @samp{@w{return false}} if it does not.  It must not have any side
925 effects.  The predicate arguments, @var{op} and @var{mode}, are
926 available with those names.
927
928 If a code block is present in a predicate definition, then the RTL
929 expression must evaluate to true @emph{and} the code block must
930 execute @samp{@w{return true}} for the predicate to allow the operand.
931 The RTL expression is evaluated first; do not re-check anything in the
932 code block that was checked in the RTL expression.
933 @end itemize
934
935 The program @command{genrecog} scans @code{define_predicate} and
936 @code{define_special_predicate} expressions to determine which RTX
937 codes are possibly allowed.  You should always make this explicit in
938 the RTL predicate expression, using @code{MATCH_OPERAND} and
939 @code{MATCH_CODE}.
940
941 Here is an example of a simple predicate definition, from the IA64
942 machine description:
943
944 @smallexample
945 @group
946 ;; @r{True if @var{op} is a @code{SYMBOL_REF} which refers to the sdata section.}
947 (define_predicate "small_addr_symbolic_operand"
948   (and (match_code "symbol_ref")
949        (match_test "SYMBOL_REF_SMALL_ADDR_P (op)")))
950 @end group
951 @end smallexample
952
953 @noindent
954 And here is another, showing the use of the C block.
955
956 @smallexample
957 @group
958 ;; @r{True if @var{op} is a register operand that is (or could be) a GR reg.}
959 (define_predicate "gr_register_operand"
960   (match_operand 0 "register_operand")
961 @{
962   unsigned int regno;
963   if (GET_CODE (op) == SUBREG)
964     op = SUBREG_REG (op);
965
966   regno = REGNO (op);
967   return (regno >= FIRST_PSEUDO_REGISTER || GENERAL_REGNO_P (regno));
968 @})
969 @end group
970 @end smallexample
971
972 Predicates written with @code{define_predicate} automatically include
973 a test that @var{mode} is @code{VOIDmode}, or @var{op} has the same
974 mode as @var{mode}, or @var{op} is a @code{CONST_INT} or
975 @code{CONST_DOUBLE}.  They do @emph{not} check specifically for
976 integer @code{CONST_DOUBLE}, nor do they test that the value of either
977 kind of constant fits in the requested mode.  This is because
978 target-specific predicates that take constants usually have to do more
979 stringent value checks anyway.  If you need the exact same treatment
980 of @code{CONST_INT} or @code{CONST_DOUBLE} that the generic predicates
981 provide, use a @code{MATCH_OPERAND} subexpression to call
982 @code{const_int_operand}, @code{const_double_operand}, or
983 @code{immediate_operand}.
984
985 Predicates written with @code{define_special_predicate} do not get any
986 automatic mode checks, and are treated as having special mode handling
987 by @command{genrecog}.
988
989 The program @command{genpreds} is responsible for generating code to
990 test predicates.  It also writes a header file containing function
991 declarations for all machine-specific predicates.  It is not necessary
992 to declare these predicates in @file{@var{cpu}-protos.h}.
993 @end ifset
994
995 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
996 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
997 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
998 @ifset INTERNALS
999 @node Constraints
1000 @section Operand Constraints
1001 @cindex operand constraints
1002 @cindex constraints
1003
1004 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify
1005 constraints for the operands allowed.  The constraints allow you to
1006 fine-tune matching within the set of operands allowed by the
1007 predicate.
1008
1009 @end ifset
1010 @ifclear INTERNALS
1011 @node Constraints
1012 @section Constraints for @code{asm} Operands
1013 @cindex operand constraints, @code{asm}
1014 @cindex constraints, @code{asm}
1015 @cindex @code{asm} constraints
1016
1017 Here are specific details on what constraint letters you can use with
1018 @code{asm} operands.
1019 @end ifclear
1020 Constraints can say whether
1021 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
1022 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
1023 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
1024 have.  Constraints can also require two operands to match.
1025
1026 @ifset INTERNALS
1027 @menu
1028 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1029 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1030 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
1031 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1032 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
1033 @end menu
1034 @end ifset
1035
1036 @ifclear INTERNALS
1037 @menu
1038 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1039 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1040 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1041 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1042 @end menu
1043 @end ifclear
1044
1045 @node Simple Constraints
1046 @subsection Simple Constraints
1047 @cindex simple constraints
1048
1049 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1050 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1051 the letters that are allowed:
1052
1053 @table @asis
1054 @item whitespace
1055 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1056 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1057 be visually aligned in the machine description even if they have different
1058 number of constraints and modifiers.
1059
1060 @cindex @samp{m} in constraint
1061 @cindex memory references in constraints
1062 @item @samp{m}
1063 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1064 supports in general.
1065
1066 @cindex offsettable address
1067 @cindex @samp{o} in constraint
1068 @item @samp{o}
1069 A memory operand is allowed, but only if the address is
1070 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1071 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1072 may be added to the address and the result is also a valid memory
1073 address.
1074
1075 @cindex autoincrement/decrement addressing
1076 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1077 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1078 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1079 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1080 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1081 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1082 addressing modes that the machine supports.
1083
1084 Note that in an output operand which can be matched by another
1085 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1086 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1087 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1088
1089 @cindex @samp{V} in constraint
1090 @item @samp{V}
1091 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1092 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1093
1094 @cindex @samp{<} in constraint
1095 @item @samp{<}
1096 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1097 postdecrement) is allowed.
1098
1099 @cindex @samp{>} in constraint
1100 @item @samp{>}
1101 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1102 postincrement) is allowed.
1103
1104 @cindex @samp{r} in constraint
1105 @cindex registers in constraints
1106 @item @samp{r}
1107 A register operand is allowed provided that it is in a general
1108 register.
1109
1110 @cindex constants in constraints
1111 @cindex @samp{i} in constraint
1112 @item @samp{i}
1113 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1114 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1115 assembly time or later.
1116
1117 @cindex @samp{n} in constraint
1118 @item @samp{n}
1119 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1120 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1121 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1122 rather than @samp{i}.
1123
1124 @cindex @samp{I} in constraint
1125 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1126 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1127 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1128 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1129 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1130 This is the range permitted as a shift count in the shift
1131 instructions.
1132
1133 @cindex @samp{E} in constraint
1134 @item @samp{E}
1135 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1136 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1137 that of the host machine (on which the compiler is running).
1138
1139 @cindex @samp{F} in constraint
1140 @item @samp{F}
1141 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1142 @code{const_vector}) is allowed.
1143
1144 @cindex @samp{G} in constraint
1145 @cindex @samp{H} in constraint
1146 @item @samp{G}, @samp{H}
1147 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1148 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1149
1150 @cindex @samp{s} in constraint
1151 @item @samp{s}
1152 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1153 allowed.
1154
1155 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1156 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1157 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1158 better code to be generated.
1159
1160 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1161 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1162 and 127, better code results from loading the value into a register and
1163 using the register.  This is because the load into the register can be
1164 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1165 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1166 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1167 constraints.
1168
1169 @cindex @samp{g} in constraint
1170 @item @samp{g}
1171 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1172 registers that are not general registers.
1173
1174 @cindex @samp{X} in constraint
1175 @item @samp{X}
1176 @ifset INTERNALS
1177 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1178 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1179 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1180 require a scratch register.
1181 @end ifset
1182 @ifclear INTERNALS
1183 Any operand whatsoever is allowed.
1184 @end ifclear
1185
1186 @cindex @samp{0} in constraint
1187 @cindex digits in constraint
1188 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1189 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1190 digit is used together with letters within the same alternative, the
1191 digit should come last.
1192
1193 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1194 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1195 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1196 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1197 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1198 can use multiple alternatives instead.
1199
1200 @cindex matching constraint
1201 @cindex constraint, matching
1202 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1203 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1204 @ifset INTERNALS
1205 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1206 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1207 @end ifset
1208 @ifclear INTERNALS
1209 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1210 two input operands and an output operand, but on most CISC
1211 @end ifclear
1212 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1213 input-output operand:
1214
1215 @smallexample
1216 addl #35,r12
1217 @end smallexample
1218
1219 Matching constraints are used in these circumstances.
1220 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1221 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1222 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1223 constraint.
1224
1225 @ifset INTERNALS
1226 For operands to match in a particular case usually means that they
1227 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1228 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1229 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1230 For proper results in such cases, the output template should always
1231 use the output-operand's number when printing the operand.
1232 @end ifset
1233
1234 @cindex load address instruction
1235 @cindex push address instruction
1236 @cindex address constraints
1237 @cindex @samp{p} in constraint
1238 @item @samp{p}
1239 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1240 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1241
1242 @findex address_operand
1243 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1244 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1245 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1246 reference for which the address would be valid.
1247
1248 @cindex other register constraints
1249 @cindex extensible constraints
1250 @item @var{other-letters}
1251 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1252 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1253 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1254 for data, address and floating point registers.
1255
1256 @ifset INTERNALS
1257 The machine description macro @code{REG_CLASS_FROM_LETTER} has first
1258 cut at the otherwise unused letters.  If it evaluates to @code{NO_REGS},
1259 then @code{EXTRA_CONSTRAINT} is evaluated.
1260
1261 A typical use for @code{EXTRA_CONSTRAINT} would be to distinguish certain
1262 types of memory references that affect other insn operands.
1263 @end ifset
1264 @end table
1265
1266 @ifset INTERNALS
1267 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1268 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1269 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1270 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1271 done by copying an operand into a register.
1272
1273 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1274
1275 @smallexample
1276 (define_insn ""
1277   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1278         (plus:SI (match_dup 0)
1279                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1280   ""
1281   "@dots{}")
1282 @end smallexample
1283
1284 @noindent
1285 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1286
1287 @smallexample
1288 (define_insn ""
1289   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1290         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1291                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1292   ""
1293   "@dots{}")
1294 @end smallexample
1295
1296 @noindent
1297 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1298 identical.  If we are considering an insn of the form
1299
1300 @smallexample
1301 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1302   (set (reg:SI 3)
1303        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1304   @dots{})
1305 @end smallexample
1306
1307 @noindent
1308 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1309 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1310 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns''.
1311 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1312 is something wrong with it''.  It would direct the reload pass of the
1313 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1314 results might look like this:
1315
1316 @smallexample
1317 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1318   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1319   @dots{})
1320
1321 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1322   (set (reg:SI 3)
1323        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1324   @dots{})
1325 @end smallexample
1326
1327 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1328 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1329 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1330 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1331 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1332 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1333 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1334 reloading any possible operand so that it will fit.
1335
1336 @itemize @bullet
1337 @item
1338 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1339 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1340
1341 For example, an operand whose constraints permit everything except
1342 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1343
1344 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1345 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1346 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1347 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1348 more selective.
1349
1350 @item
1351 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1352 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1353 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1354 compiler knows how to copy a register into another register of the
1355 proper class in order to make an instruction valid.
1356
1357 @cindex nonoffsettable memory reference
1358 @cindex memory reference, nonoffsettable
1359 @item
1360 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1361 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1362 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1363
1364 @item
1365 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1366 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1367 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1368 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1369
1370 @item
1371 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1372 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1373 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1374 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1375 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1376 objects allowed by the constraint.
1377 @end itemize
1378
1379 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1380 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1381 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1382 how to copy a register temporarily into memory.
1383
1384 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1385 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1386 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1387 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1388 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1389 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1390 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1391 @code{sign_extend}.
1392 @end ifset
1393
1394 @node Multi-Alternative
1395 @subsection Multiple Alternative Constraints
1396 @cindex multiple alternative constraints
1397
1398 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1399 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1400 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1401 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1402 another.
1403
1404 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1405 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1406 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1407 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1408 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1409 @ifset INTERNALS
1410 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1411
1412 @smallexample
1413 (define_insn "iorsi3"
1414   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1415         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1416                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1417   @dots{})
1418 @end smallexample
1419
1420 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1421 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1422 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1423 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1424 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1425 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1426 @end ifset
1427
1428 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1429 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1430 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1431 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1432 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1433 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1434 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1435
1436 @table @code
1437 @cindex @samp{?} in constraint
1438 @cindex question mark
1439 @item ?
1440 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1441 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1442 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1443 in it.
1444
1445 @cindex @samp{!} in constraint
1446 @cindex exclamation point
1447 @item !
1448 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1449 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1450 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1451 @end table
1452
1453 @ifset INTERNALS
1454 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1455 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1456 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1457 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1458 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1459 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1460 @end ifset
1461
1462 @ifset INTERNALS
1463 @node Class Preferences
1464 @subsection Register Class Preferences
1465 @cindex class preference constraints
1466 @cindex register class preference constraints
1467
1468 @cindex voting between constraint alternatives
1469 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1470 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1471 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1472 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1473 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1474 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1475 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1476 favor of a general register.  The machine description says which registers
1477 are considered general.
1478
1479 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1480 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1481 @end ifset
1482
1483 @node Modifiers
1484 @subsection Constraint Modifier Characters
1485 @cindex modifiers in constraints
1486 @cindex constraint modifier characters
1487
1488 @c prevent bad page break with this line
1489 Here are constraint modifier characters.
1490
1491 @table @samp
1492 @cindex @samp{=} in constraint
1493 @item =
1494 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1495 value is discarded and replaced by output data.
1496
1497 @cindex @samp{+} in constraint
1498 @item +
1499 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1500
1501 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1502 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1503 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1504 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1505 are assumed to be input only.
1506
1507 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1508 first character of the constraint string.
1509
1510 @cindex @samp{&} in constraint
1511 @cindex earlyclobber operand
1512 @item &
1513 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1514 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1515 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1516 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1517 address.
1518
1519 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1520 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1521 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1522 @samp{movdf} insn of the 68000.
1523
1524 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1525 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1526 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1527 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1528 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1529
1530 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1531
1532 @cindex @samp{%} in constraint
1533 @item %
1534 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1535 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1536 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1537 constraints.
1538 @ifset INTERNALS
1539 This is often used in patterns for addition instructions
1540 that really have only two operands: the result must go in one of the
1541 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1542 instruction is defined:
1543
1544 @smallexample
1545 (define_insn "addhi3"
1546   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1547      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1548               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1549   @dots{})
1550 @end smallexample
1551 @end ifset
1552 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1553 the compiler may fail.
1554
1555 @cindex @samp{#} in constraint
1556 @item #
1557 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1558 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1559 register preferences.
1560
1561 @cindex @samp{*} in constraint
1562 @item *
1563 Says that the following character should be ignored when choosing
1564 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1565 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1566
1567 @ifset INTERNALS
1568 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1569 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1570 copying it into an address register.  While either kind of register is
1571 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1572 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1573 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1574 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1575 register preferences.
1576
1577 @smallexample
1578 (define_insn "extendhisi2"
1579   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1580         (sign_extend:SI
1581          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1582   @dots{})
1583 @end smallexample
1584 @end ifset
1585 @end table
1586
1587 @node Machine Constraints
1588 @subsection Constraints for Particular Machines
1589 @cindex machine specific constraints
1590 @cindex constraints, machine specific
1591
1592 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1593 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1594 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1595 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1596 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1597 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1598 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1599 immediate-constant format.
1600
1601 For each machine architecture, the
1602 @file{config/@var{machine}/@var{machine}.h} file defines additional
1603 constraints.  These constraints are used by the compiler itself for
1604 instruction generation, as well as for @code{asm} statements; therefore,
1605 some of the constraints are not particularly interesting for @code{asm}.
1606 The constraints are defined through these macros:
1607
1608 @table @code
1609 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1610 Register class constraints (usually lowercase).
1611
1612 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1613 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1614 word size or smaller precision (usually uppercase).
1615
1616 @item CONST_DOUBLE_OK_FOR_LETTER_P
1617 Immediate constant constraints, for all floating point constants and for
1618 constants of greater than word size precision (usually uppercase).
1619
1620 @item EXTRA_CONSTRAINT
1621 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1622 is only defined for some machines.
1623 @end table
1624
1625 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1626 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1627 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1628 available on some particular machines.
1629
1630 @table @emph
1631 @item ARM family---@file{arm.h}
1632 @table @code
1633 @item f
1634 Floating-point register
1635
1636 @item w
1637 VFP floating-point register
1638
1639 @item F
1640 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1641 or 10.0
1642
1643 @item G
1644 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1645 were negated
1646
1647 @item I
1648 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1649 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1650 multiple of 2
1651
1652 @item J
1653 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1654
1655 @item K
1656 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1657
1658 @item L
1659 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1660
1661 @item M
1662 Integer in the range 0 to 32
1663
1664 @item Q
1665 A memory reference where the exact address is in a single register
1666 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1667
1668 @item R
1669 An item in the constant pool
1670
1671 @item S
1672 A symbol in the text segment of the current file
1673 @end table
1674
1675 @item Uv
1676 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1677
1678 @item Uy
1679 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1680
1681 @item Uq
1682 A memory reference suitable for for the ARMv4 ldrsb instruction.
1683
1684 @item AVR family---@file{avr.h}
1685 @table @code
1686 @item l
1687 Registers from r0 to r15
1688
1689 @item a
1690 Registers from r16 to r23
1691
1692 @item d
1693 Registers from r16 to r31
1694
1695 @item w
1696 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1697
1698 @item e
1699 Pointer register (r26--r31)
1700
1701 @item b
1702 Base pointer register (r28--r31)
1703
1704 @item q
1705 Stack pointer register (SPH:SPL)
1706
1707 @item t
1708 Temporary register r0
1709
1710 @item x
1711 Register pair X (r27:r26)
1712
1713 @item y
1714 Register pair Y (r29:r28)
1715
1716 @item z
1717 Register pair Z (r31:r30)
1718
1719 @item I
1720 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1721
1722 @item J
1723 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1724
1725 @item K
1726 Constant integer 2
1727
1728 @item L
1729 Constant integer 0
1730
1731 @item M
1732 Constant that fits in 8 bits
1733
1734 @item N
1735 Constant integer @minus{}1
1736
1737 @item O
1738 Constant integer 8, 16, or 24
1739
1740 @item P
1741 Constant integer 1
1742
1743 @item G
1744 A floating point constant 0.0
1745 @end table
1746
1747 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1748 @table @code
1749 @item b
1750 Address base register
1751
1752 @item f
1753 Floating point register
1754
1755 @item v
1756 Vector register
1757
1758 @item h
1759 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1760
1761 @item q
1762 @samp{MQ} register
1763
1764 @item c
1765 @samp{CTR} register
1766
1767 @item l
1768 @samp{LINK} register
1769
1770 @item x
1771 @samp{CR} register (condition register) number 0
1772
1773 @item y
1774 @samp{CR} register (condition register)
1775
1776 @item z
1777 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1778
1779 @item I
1780 Signed 16-bit constant
1781
1782 @item J
1783 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1784 @code{SImode} constants)
1785
1786 @item K
1787 Unsigned 16-bit constant
1788
1789 @item L
1790 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1791
1792 @item M
1793 Constant larger than 31
1794
1795 @item N
1796 Exact power of 2
1797
1798 @item O
1799 Zero
1800
1801 @item P
1802 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1803
1804 @item G
1805 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1806 instruction per word
1807
1808 @item Q
1809 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1810 for @code{asm} statements)
1811
1812 @item R
1813 AIX TOC entry
1814
1815 @item S
1816 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1817
1818 @item T
1819 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1820
1821 @item U
1822 System V Release 4 small data area reference
1823 @end table
1824
1825 @item Intel 386---@file{i386.h}
1826 @table @code
1827 @item q
1828 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register for the i386.
1829 For x86-64 it is equivalent to @samp{r} class (for 8-bit instructions that
1830 do not use upper halves).
1831
1832 @item Q
1833 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register (for 8-bit instructions,
1834 that do use upper halves).
1835
1836 @item R
1837 Legacy register---equivalent to @code{r} class in i386 mode.
1838 (for non-8-bit registers used together with 8-bit upper halves in a single
1839 instruction)
1840
1841 @item A
1842 Specifies the @samp{a} or @samp{d} registers.  This is primarily useful
1843 for 64-bit integer values (when in 32-bit mode) intended to be returned
1844 with the @samp{d} register holding the most significant bits and the
1845 @samp{a} register holding the least significant bits.
1846
1847 @item f
1848 Floating point register
1849
1850 @item t
1851 First (top of stack) floating point register
1852
1853 @item u
1854 Second floating point register
1855
1856 @item a
1857 @samp{a} register
1858
1859 @item b
1860 @samp{b} register
1861
1862 @item c
1863 @samp{c} register
1864
1865 @item C
1866 Specifies constant that can be easily constructed in SSE register without
1867 loading it from memory.
1868
1869 @item d
1870 @samp{d} register
1871
1872 @item D
1873 @samp{di} register
1874
1875 @item S
1876 @samp{si} register
1877
1878 @item x
1879 @samp{xmm} SSE register
1880
1881 @item y
1882 MMX register
1883
1884 @item I
1885 Constant in range 0 to 31 (for 32-bit shifts)
1886
1887 @item J
1888 Constant in range 0 to 63 (for 64-bit shifts)
1889
1890 @item K
1891 @samp{0xff}
1892
1893 @item L
1894 @samp{0xffff}
1895
1896 @item M
1897 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1898
1899 @item N
1900 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1901
1902 @item Z
1903 Constant in range 0 to @code{0xffffffff} or symbolic reference known to fit specified range.
1904 (for using immediates in zero extending 32-bit to 64-bit x86-64 instructions)
1905
1906 @item e
1907 Constant in range @minus{}2147483648 to 2147483647 or symbolic reference known to fit specified range.
1908 (for using immediates in 64-bit x86-64 instructions)
1909
1910 @item G
1911 Standard 80387 floating point constant
1912 @end table
1913
1914 @item Intel IA-64---@file{ia64.h}
1915 @table @code
1916 @item a
1917 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
1918
1919 @item b
1920 Branch register
1921
1922 @item c
1923 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
1924
1925 @item d
1926 Application register residing in M-unit
1927
1928 @item e
1929 Application register residing in I-unit
1930
1931 @item f
1932 Floating-point register
1933
1934 @item m
1935 Memory operand.
1936 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
1937 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
1938 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
1939
1940 @item G
1941 Floating-point constant 0.0 or 1.0
1942
1943 @item I
1944 14-bit signed integer constant
1945
1946 @item J
1947 22-bit signed integer constant
1948
1949 @item K
1950 8-bit signed integer constant for logical instructions
1951
1952 @item L
1953 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
1954
1955 @item M
1956 6-bit unsigned integer constant for shift counts
1957
1958 @item N
1959 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
1960
1961 @item O
1962 The constant zero
1963
1964 @item P
1965 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
1966
1967 @item Q
1968 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
1969
1970 @item R
1971 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
1972
1973 @item S
1974 Memory operand except postincrement and postdecrement
1975 @end table
1976
1977 @item FRV---@file{frv.h}
1978 @table @code
1979 @item a
1980 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1981
1982 @item b
1983 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1984
1985 @item c
1986 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
1987 @code{icc0} to @code{icc3}).
1988
1989 @item d
1990 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
1991
1992 @item e
1993 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
1994 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
1995 mode larger than 4 bytes.
1996
1997 @item f
1998 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
1999
2000 @item h
2001 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2002 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2003 mode larger than 4 bytes.
2004
2005 @item l
2006 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2007
2008 @item q
2009 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2010 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2011 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2012
2013 @item t
2014 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2015
2016 @item u
2017 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2018
2019 @item v
2020 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2021
2022 @item w
2023 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2024
2025 @item x
2026 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2027 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2028 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2029
2030 @item z
2031 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2032
2033 @item A
2034 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2035
2036 @item B
2037 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2038
2039 @item C
2040 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2041
2042 @item G
2043 Floating point constant zero
2044
2045 @item I
2046 6-bit signed integer constant
2047
2048 @item J
2049 10-bit signed integer constant
2050
2051 @item L
2052 16-bit signed integer constant
2053
2054 @item M
2055 16-bit unsigned integer constant
2056
2057 @item N
2058 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2059 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2060
2061 @item O
2062 Constant zero
2063
2064 @item P
2065 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2066 range of 1 to 2047.
2067
2068 @end table
2069
2070 @item IP2K---@file{ip2k.h}
2071 @table @code
2072 @item a
2073 @samp{DP} or @samp{IP} registers (general address)
2074
2075 @item f
2076 @samp{IP} register
2077
2078 @item j
2079 @samp{IPL} register
2080
2081 @item k
2082 @samp{IPH} register
2083
2084 @item b
2085 @samp{DP} register
2086
2087 @item y
2088 @samp{DPH} register
2089
2090 @item z
2091 @samp{DPL} register
2092
2093 @item q
2094 @samp{SP} register
2095
2096 @item c
2097 @samp{DP} or @samp{SP} registers (offsettable address)
2098
2099 @item d
2100 Non-pointer registers (not @samp{SP}, @samp{DP}, @samp{IP})
2101
2102 @item u
2103 Non-SP registers (everything except @samp{SP})
2104
2105 @item R
2106 Indirect through @samp{IP}---Avoid this except for @code{QImode}, since we
2107 can't access extra bytes
2108
2109 @item S
2110 Indirect through @samp{SP} or @samp{DP} with short displacement (0..127)
2111
2112 @item T
2113 Data-section immediate value
2114
2115 @item I
2116 Integers from @minus{}255 to @minus{}1
2117
2118 @item J
2119 Integers from 0 to 7---valid bit number in a register
2120
2121 @item K
2122 Integers from 0 to 127---valid displacement for addressing mode
2123
2124 @item L
2125 Integers from 1 to 127
2126
2127 @item M
2128 Integer @minus{}1
2129
2130 @item N
2131 Integer 1
2132
2133 @item O
2134 Zero
2135
2136 @item P
2137 Integers from 0 to 255
2138 @end table
2139
2140 @item MIPS---@file{mips.h}
2141 @table @code
2142 @item d
2143 General-purpose integer register
2144
2145 @item f
2146 Floating-point register (if available)
2147
2148 @item h
2149 @samp{Hi} register
2150
2151 @item l
2152 @samp{Lo} register
2153
2154 @item x
2155 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
2156
2157 @item y
2158 General-purpose integer register
2159
2160 @item z
2161 Floating-point status register
2162
2163 @item I
2164 Signed 16-bit constant (for arithmetic instructions)
2165
2166 @item J
2167 Zero
2168
2169 @item K
2170 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
2171
2172 @item L
2173 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
2174
2175 @item M
2176 32-bit constant which requires two instructions to load (a constant
2177 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
2178
2179 @item N
2180 Negative 16-bit constant
2181
2182 @item O
2183 Exact power of two
2184
2185 @item P
2186 Positive 16-bit constant
2187
2188 @item G
2189 Floating point zero
2190
2191 @item Q
2192 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
2193 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
2194
2195 @item R
2196 Memory reference that can be loaded with one instruction
2197 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
2198
2199 @item S
2200 Memory reference in external OSF/rose PIC format
2201 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
2202 @end table
2203
2204 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
2205 @table @code
2206 @item a
2207 Address register
2208
2209 @item d
2210 Data register
2211
2212 @item f
2213 68881 floating-point register, if available
2214
2215 @item I
2216 Integer in the range 1 to 8
2217
2218 @item J
2219 16-bit signed number
2220
2221 @item K
2222 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2223
2224 @item L
2225 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2226
2227 @item M
2228 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2229
2230 @item G
2231 Floating point constant that is not a 68881 constant
2232 @end table
2233
2234 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{m68hc11.h}
2235 @table @code
2236 @item a
2237 Register `a'
2238
2239 @item b
2240 Register `b'
2241
2242 @item d
2243 Register `d'
2244
2245 @item q
2246 An 8-bit register
2247
2248 @item t
2249 Temporary soft register _.tmp
2250
2251 @item u
2252 A soft register _.d1 to _.d31
2253
2254 @item w
2255 Stack pointer register
2256
2257 @item x
2258 Register `x'
2259
2260 @item y
2261 Register `y'
2262
2263 @item z
2264 Pseudo register `z' (replaced by `x' or `y' at the end)
2265
2266 @item A
2267 An address register: x, y or z
2268
2269 @item B
2270 An address register: x or y
2271
2272 @item D
2273 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
2274
2275 @item L
2276 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
2277
2278 @item M
2279 Constants whose 16-bit low part is zero
2280
2281 @item N
2282 Constant integer 1 or @minus{}1
2283
2284 @item O
2285 Constant integer 16
2286
2287 @item P
2288 Constants in the range @minus{}8 to 2
2289
2290 @end table
2291
2292 @need 1000
2293 @item SPARC---@file{sparc.h}
2294 @table @code
2295 @item f
2296 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
2297 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
2298
2299 @item e
2300 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
2301 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
2302 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
2303
2304 @item c
2305 Floating-point condition code register.
2306
2307 @item d
2308 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
2309 architecture when the Visual Instruction Set is available.
2310
2311 @item b
2312 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
2313 when the Visual Instruction Set is available.
2314
2315 @item h
2316 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
2317
2318 @item I
2319 Signed 13-bit constant
2320
2321 @item J
2322 Zero
2323
2324 @item K
2325 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2326 loaded with the @code{sethi} instruction)
2327
2328 @item L
2329 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2330
2331 @item M
2332 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2333
2334 @item N
2335 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2336 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2337 modes wider than @code{SImode}
2338
2339 @item O
2340 The constant 4096
2341
2342 @item G
2343 Floating-point zero
2344
2345 @item H
2346 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2347
2348 @item Q
2349 Floating-point constant whose integral representation can
2350 be moved into an integer register using a single sethi
2351 instruction
2352
2353 @item R
2354 Floating-point constant whose integral representation can
2355 be moved into an integer register using a single mov
2356 instruction
2357
2358 @item S
2359 Floating-point constant whose integral representation can
2360 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2361 instruction sequence
2362
2363 @item T
2364 Memory address aligned to an 8-byte boundary
2365
2366 @item U
2367 Even register
2368
2369 @item W
2370 Memory address for @samp{e} constraint registers.
2371
2372 @end table
2373
2374 @item TMS320C3x/C4x---@file{c4x.h}
2375 @table @code
2376 @item a
2377 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
2378
2379 @item b
2380 Stack pointer register (sp)
2381
2382 @item c
2383 Standard (32-bit) precision integer register
2384
2385 @item f
2386 Extended (40-bit) precision register (r0-r11)
2387
2388 @item k
2389 Block count register (bk)
2390
2391 @item q
2392 Extended (40-bit) precision low register (r0-r7)
2393
2394 @item t
2395 Extended (40-bit) precision register (r0-r1)
2396
2397 @item u
2398 Extended (40-bit) precision register (r2-r3)
2399
2400 @item v
2401 Repeat count register (rc)
2402
2403 @item x
2404 Index register (ir0-ir1)
2405
2406 @item y
2407 Status (condition code) register (st)
2408
2409 @item z
2410 Data page register (dp)
2411
2412 @item G
2413 Floating-point zero
2414
2415 @item H
2416 Immediate 16-bit floating-point constant
2417
2418 @item I
2419 Signed 16-bit constant
2420
2421 @item J
2422 Signed 8-bit constant
2423
2424 @item K
2425 Signed 5-bit constant
2426
2427 @item L
2428 Unsigned 16-bit constant
2429
2430 @item M
2431 Unsigned 8-bit constant
2432
2433 @item N
2434 Ones complement of unsigned 16-bit constant
2435
2436 @item O
2437 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero)
2438
2439 @item Q
2440 Indirect memory reference with signed 8-bit or index register displacement
2441
2442 @item R
2443 Indirect memory reference with unsigned 5-bit displacement
2444
2445 @item S
2446 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement
2447
2448 @item T
2449 Direct memory reference
2450
2451 @item U
2452 Symbolic address
2453
2454 @end table
2455
2456 @item S/390 and zSeries---@file{s390.h}
2457 @table @code
2458 @item a
2459 Address register (general purpose register except r0)
2460
2461 @item c
2462 Condition code register
2463
2464 @item d
2465 Data register (arbitrary general purpose register)
2466
2467 @item f
2468 Floating-point register
2469
2470 @item I
2471 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2472
2473 @item J
2474 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2475
2476 @item K
2477 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2478
2479 @item L
2480 Value appropriate as displacement.
2481 @table @code
2482        @item (0..4095)
2483        for short displacement
2484        @item (-524288..524287)
2485        for long displacement
2486 @end table
2487
2488 @item M
2489 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
2490
2491 @item N
2492 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
2493 @table @code
2494          @item 0..9:
2495          number of the part counting from most to least significant
2496          @item H,Q:
2497          mode of the part
2498          @item D,S,H:
2499          mode of the containing operand
2500          @item 0,F:
2501          value of the other parts (F---all bits set)
2502 @end table
2503 The constraint matches if the specified part of a constant
2504 has a value different from it's other parts.
2505
2506 @item Q
2507 Memory reference without index register and with short displacement.
2508
2509 @item R
2510 Memory reference with index register and short displacement.
2511
2512 @item S
2513 Memory reference without index register but with long displacement.
2514
2515 @item T
2516 Memory reference with index register and long displacement.
2517
2518 @item U
2519 Pointer with short displacement.
2520
2521 @item W
2522 Pointer with long displacement.
2523
2524 @item Y
2525 Shift count operand.
2526
2527 @end table
2528
2529 @item Xstormy16---@file{stormy16.h}
2530 @table @code
2531 @item a
2532 Register r0.
2533
2534 @item b
2535 Register r1.
2536
2537 @item c
2538 Register r2.
2539
2540 @item d
2541 Register r8.
2542
2543 @item e
2544 Registers r0 through r7.
2545
2546 @item t
2547 Registers r0 and r1.
2548
2549 @item y
2550 The carry register.
2551
2552 @item z
2553 Registers r8 and r9.
2554
2555 @item I
2556 A constant between 0 and 3 inclusive.
2557
2558 @item J
2559 A constant that has exactly one bit set.
2560
2561 @item K
2562 A constant that has exactly one bit clear.
2563
2564 @item L
2565 A constant between 0 and 255 inclusive.
2566
2567 @item M
2568 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
2569
2570 @item N
2571 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
2572
2573 @item O
2574 A constant between 1 and 4 inclusive.
2575
2576 @item P
2577 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
2578
2579 @item Q
2580 A memory reference that is a stack push.
2581
2582 @item R
2583 A memory reference that is a stack pop.
2584
2585 @item S
2586 A memory reference that refers to a constant address of known value.
2587
2588 @item T
2589 The register indicated by Rx (not implemented yet).
2590
2591 @item U
2592 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
2593
2594 @item Z
2595 The constant 0.
2596
2597 @end table
2598
2599 @item Xtensa---@file{xtensa.h}
2600 @table @code
2601 @item a
2602 General-purpose 32-bit register
2603
2604 @item b
2605 One-bit boolean register
2606
2607 @item A
2608 MAC16 40-bit accumulator register
2609
2610 @item I
2611 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
2612
2613 @item J
2614 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
2615
2616 @item K
2617 Integer constant valid for BccI instructions
2618
2619 @item L
2620 Unsigned constant valid for BccUI instructions
2621
2622 @end table
2623
2624 @end table
2625
2626 @ifset INTERNALS
2627 @node Standard Names
2628 @section Standard Pattern Names For Generation
2629 @cindex standard pattern names
2630 @cindex pattern names
2631 @cindex names, pattern
2632
2633 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
2634 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
2635 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
2636 pattern to accomplish a certain task.
2637
2638 @table @asis
2639 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
2640 @item @samp{mov@var{m}}
2641 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
2642 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
2643 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
2644
2645 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
2646 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
2647 to store the specified value in the part of the register that corresponds
2648 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
2649 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
2650 outside the target word are left unchanged.
2651
2652 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
2653 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
2654 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
2655 If there are patterns accepting operands in larger modes,
2656 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
2657
2658 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
2659 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
2660 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
2661 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
2662 into a register.
2663
2664 @findex force_reg
2665 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
2666 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
2667 registers other than the operands.  For example, if you support the
2668 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
2669 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
2670 function which might generate new pseudo registers.
2671
2672 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
2673 fetching those modes from memory normally requires several insns and
2674 some temporary registers.
2675
2676 @findex change_address
2677 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
2678 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
2679 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
2680 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
2681 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
2682 an address into a valid address and no routine (such as
2683 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
2684 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
2685
2686 @findex reload_in_progress
2687 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
2688 declared if required) can be used to determine whether such special
2689 handling is required.
2690
2691 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
2692 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
2693 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
2694 machines explicit memory references will get optional reloads.
2695
2696 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
2697 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
2698
2699 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
2700 you must define @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and/or
2701 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
2702 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
2703 them.  @xref{Register Classes}.
2704
2705 @findex no_new_pseudos
2706 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
2707 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
2708 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
2709
2710 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
2711 register to any other hard register provided that
2712 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
2713 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
2714
2715 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
2716 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
2717 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
2718 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
2719 point members.
2720
2721 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
2722 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
2723 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
2724 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
2725 floating point registers, then the constraints of the fixed point
2726 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
2727 reload into a floating point register.
2728
2729 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
2730 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
2731 @item @samp{reload_in@var{m}}
2732 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
2733 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
2734 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
2735 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
2736 macro in @pxref{Register Classes}.
2737
2738 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
2739 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
2740 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
2741 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
2742 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
2743 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
2744 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
2745 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
2746 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
2747 for these patterns.
2748
2749 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
2750 @item @samp{movstrict@var{m}}
2751 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
2752 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
2753 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
2754 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
2755
2756 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
2757 @item @samp{load_multiple}
2758 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
2759 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
2760 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
2761 number of consecutive registers.
2762
2763 Define this only if the target machine really has such an instruction;
2764 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
2765 registers from memory is to do them one at a time.
2766
2767 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
2768 registers can be stored into memory, such as particular starting or
2769 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
2770 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
2771 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
2772
2773 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
2774 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
2775 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
2776 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
2777 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
2778
2779 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
2780 @item @samp{store_multiple}
2781 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
2782 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
2783 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
2784 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
2785
2786 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
2787 @item @samp{vec_set@var{m}}
2788 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
2789 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
2790
2791 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
2792 @item @samp{vec_extract@var{m}}
2793 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
2794 specify field index and operand 0 place to store value into.
2795
2796 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
2797 @item @samp{vec_init@var{m}}
2798 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
2799 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
2800
2801 @cindex @code{push@var{m}} instruction pattern
2802 @item @samp{push@var{m}}
2803 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
2804 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
2805 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
2806 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
2807 method is deprecated.
2808
2809 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
2810 @item @samp{add@var{m}3}
2811 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
2812 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
2813 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
2814
2815 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
2816 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
2817 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
2818 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
2819 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
2820 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
2821 @cindex @code{smin@var{m}3} instruction pattern
2822 @cindex @code{smax@var{m}3} instruction pattern
2823 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
2824 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
2825 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
2826 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
2827 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
2828 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
2829 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}, @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
2830 @itemx @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}, @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
2831 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
2832 Similar, for other arithmetic operations.
2833 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
2834 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
2835 @itemx @samp{min@var{m}3}, @samp{max@var{m}3}
2836 Floating point min and max operations.  If both operands are zeros,
2837 or if either operand is NaN, then it is unspecified which of the two
2838 operands is returned as the result.
2839
2840
2841 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
2842 @item @samp{mulhisi3}
2843 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
2844 a @code{SImode} product in operand 0.
2845
2846 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
2847 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
2848 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
2849 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
2850
2851 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
2852 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
2853 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
2854 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
2855 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
2856 multiplication.
2857
2858 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2859 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
2860 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
2861 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
2862 The least significant half of the product is discarded.
2863
2864 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2865 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
2866 Similar, but the multiplication is unsigned.
2867
2868 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
2869 @item @samp{divmod@var{m}4}
2870 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
2871 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
2872 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
2873
2874 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
2875 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
2876 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
2877 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
2878 and remainder are computed.
2879
2880 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
2881 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
2882 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
2883 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
2884 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
2885
2886 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
2887 @item @samp{udivmod@var{m}4}
2888 Similar, but does unsigned division.
2889
2890 @anchor{shift patterns}
2891 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
2892 @item @samp{ashl@var{m}3}
2893 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
2894 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
2895 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
2896 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
2897 mode before generating the instruction.  The meaning of out-of-range shift
2898 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
2899 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
2900
2901 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
2902 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
2903 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
2904 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
2905 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
2906 Other shift and rotate instructions, analogous to the
2907 @code{ashl@var{m}3} instructions.
2908
2909 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
2910 @item @samp{neg@var{m}2}
2911 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
2912
2913 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
2914 @item @samp{abs@var{m}2}
2915 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
2916
2917 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
2918 @item @samp{sqrt@var{m}2}
2919 Store the square root of operand 1 into operand 0.
2920
2921 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
2922 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
2923 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2924 type @code{float}.
2925
2926 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
2927 @item @samp{cos@var{m}2}
2928 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
2929
2930 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
2931 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
2932 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2933 type @code{float}.
2934
2935 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
2936 @item @samp{sin@var{m}2}
2937 Store the sine of operand 1 into operand 0.
2938
2939 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
2940 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
2941 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2942 type @code{float}.
2943
2944 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
2945 @item @samp{exp@var{m}2}
2946 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
2947
2948 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
2949 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
2950 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2951 type @code{float}.
2952
2953 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
2954 @item @samp{log@var{m}2}
2955 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
2956
2957 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
2958 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
2959 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2960 type @code{float}.
2961
2962 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
2963 @item @samp{pow@var{m}3}
2964 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
2965 into operand 0.
2966
2967 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
2968 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
2969 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2970 type @code{float}.
2971
2972 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
2973 @item @samp{atan2@var{m}3}
2974 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
2975 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
2976 determine the quadrant of the result.
2977
2978 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
2979 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
2980 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2981 type @code{float}.
2982
2983 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
2984 @item @samp{floor@var{m}2}
2985 Store the largest integral value not greater than argument.
2986
2987 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
2988 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
2989 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2990 type @code{float}.
2991
2992 @cindex @code{trunc@var{m}2} instruction pattern
2993 @item @samp{trunc@var{m}2}
2994 Store the argument rounded to integer towards zero.
2995
2996 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
2997 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
2998 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2999 type @code{float}.
3000
3001 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
3002 @item @samp{round@var{m}2}
3003 Store the argument rounded to integer away from zero.
3004
3005 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
3006 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
3007 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3008 type @code{float}.
3009
3010 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
3011 @item @samp{ceil@var{m}2}
3012 Store the argument rounded to integer away from zero.
3013
3014 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
3015 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
3016 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3017 type @code{float}.
3018
3019 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
3020 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
3021 Store the argument rounded according to the default rounding mode
3022
3023 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
3024 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
3025 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3026 type @code{float}.
3027
3028 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
3029 @item @samp{ffs@var{m}2}
3030 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
3031 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
3032 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
3033 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
3034 generating the instruction.
3035
3036 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
3037 corresponds to the C data type @code{int}.
3038
3039 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
3040 @item @samp{clz@var{m}2}
3041 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
3042 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
3043 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
3044 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
3045 operand to that mode before generating the instruction.
3046
3047 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
3048 @item @samp{ctz@var{m}2}
3049 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
3050 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
3051 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
3052 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
3053 operand to that mode before generating the instruction.
3054
3055 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
3056 @item @samp{popcount@var{m}2}
3057 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
3058 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
3059 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
3060 generating the instruction.
3061
3062 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
3063 @item @samp{parity@var{m}2}
3064 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.e.@: the number of 1-bits
3065 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
3066 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
3067 the operand to that mode before generating the instruction.
3068
3069 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
3070 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
3071 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
3072
3073 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
3074 @item @samp{cmp@var{m}}
3075 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
3076 The RTL pattern should look like this:
3077
3078 @smallexample
3079 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3080                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
3081 @end smallexample
3082
3083 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
3084 @item @samp{tst@var{m}}
3085 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
3086 The RTL pattern should look like this:
3087
3088 @smallexample
3089 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
3090 @end smallexample
3091
3092 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
3093 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
3094 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
3095 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
3096
3097 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
3098 @item @samp{movmem@var{m}}
3099 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
3100 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
3101 address in mode @code{Pmode}.
3102
3103 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
3104 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
3105 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
3106 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
3107 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
3108 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
3109 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
3110
3111 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
3112 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
3113 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
3114 it may provide the value 4 for this operand.
3115
3116 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
3117 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
3118 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
3119 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
3120 individually moved data units in the block.
3121
3122 These patterns need not give special consideration to the possibility
3123 that the source and destination strings might overlap.
3124
3125 @cindex @code{movstr} instruction pattern
3126 @item @samp{movstr}
3127 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
3128 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
3129 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
3130 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
3131 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
3132 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
3133
3134 @cindex @code{clrmem@var{m}} instruction pattern
3135 @item @samp{clrmem@var{m}}
3136 Block clear instruction.  The destination string is the first operand,
3137 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
3138 number of bytes to clear is the second operand, in mode @var{m}.  See
3139 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
3140
3141 The third operand is the known alignment of the destination, in the form
3142 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
3143 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
3144 operand.
3145
3146 The use for multiple @code{clrmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
3147
3148 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
3149 @item @samp{cmpstr@var{m}}
3150 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
3151 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
3152 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
3153 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
3154 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
3155 at a time since either string may end in the first byte and reading past
3156 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
3157 effect of the instruction is to store a value in operand 0 whose sign
3158 indicates the result of the comparison.
3159
3160 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
3161 @item @samp{cmpmem@var{m}}
3162 Block compare instruction, with five operands like the operands
3163 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
3164 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
3165 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
3166 any bytes in the two memory blocks.  The effect of the instruction is
3167 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
3168 comparison.
3169
3170 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
3171 @item @samp{strlen@var{m}}
3172 Compute the length of a string, with three operands.
3173 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
3174 a @code{mem} referring to the first character of the string,
3175 operand 2 is the character to search for (normally zero),
3176 and operand 3 is a constant describing the known alignment
3177 of the beginning of the string.
3178
3179 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
3180 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
3181 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
3182 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
3183 @var{n}).
3184
3185 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
3186 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
3187 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
3188 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
3189 @var{n}).
3190
3191 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
3192 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
3193 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3194 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
3195 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
3196 the value of operand 1 is an integer.
3197
3198 If the machine description defines this pattern, it also needs to
3199 define the @code{ftrunc} pattern.
3200
3201 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
3202 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
3203 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3204 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
3205 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
3206 value of operand 1 is an integer.
3207
3208 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
3209 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
3210 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
3211 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
3212 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
3213
3214 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
3215 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
3216 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
3217 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
3218
3219 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
3220 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
3221 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
3222 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
3223
3224 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
3225 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
3226 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
3227 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
3228 point or both floating point.
3229
3230 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
3231 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
3232 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
3233 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
3234 point or both floating point.
3235
3236 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
3237 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
3238 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
3239 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
3240 point.
3241
3242 @cindex @code{extv} instruction pattern
3243 @item @samp{extv}
3244 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
3245 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
3246 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
3247 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
3248 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
3249 be valid for @code{word_mode}.
3250
3251 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
3252 for operands 2 and 3.
3253
3254 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
3255 before it is stored in operand 0.
3256
3257 @cindex @code{extzv} instruction pattern
3258 @item @samp{extzv}
3259 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
3260
3261 @cindex @code{insv} instruction pattern
3262 @item @samp{insv}
3263 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
3264 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
3265 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
3266 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
3267 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
3268
3269 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
3270 for operands 1 and 2.
3271
3272 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
3273 @item @samp{mov@var{mode}cc}
3274 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
3275 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
3276 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
3277
3278 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
3279 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
3280 conditionally move an integer value based on the floating point condition
3281 codes and vice versa.
3282
3283 If the machine does not have conditional move instructions, do not
3284 define these patterns.
3285
3286 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
3287 @item @samp{add@var{mode}cc}
3288 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
3289 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
3290 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
3291 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
3292
3293 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
3294 @item @samp{s@var{cond}}
3295 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
3296 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
3297 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
3298 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
3299
3300 You specify the mode that the operand must have when you write the
3301 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
3302 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
3303
3304 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
3305 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
3306 you should omit it from the machine description.  You describe to the
3307 compiler exactly which value is stored by defining the macro
3308 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
3309 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
3310 should omit those operations from the machine description.
3311
3312 These operations may fail, but should do so only in relatively
3313 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
3314 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
3315
3316 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
3317 that copies the constant one to the target and branches around an
3318 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
3319 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
3320 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
3321 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
3322 the machine description.
3323
3324 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
3325 @item @samp{b@var{cond}}
3326 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
3327 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
3328 condition @var{cond}.
3329
3330 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
3331 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
3332 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
3333 simply store the operands away and generate all the required insns in a
3334 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
3335 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
3336 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
3337 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
3338
3339 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
3340 where the mode used for the comparison depends on the condition being
3341 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
3342
3343 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
3344 @samp{s@var{cond}} patterns.
3345
3346 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
3347 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
3348 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
3349 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
3350 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
3351 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
3352
3353 @cindex @code{jump} instruction pattern
3354 @item @samp{jump}
3355 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
3356 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
3357 on all machines.
3358
3359 @cindex @code{call} instruction pattern
3360 @item @samp{call}
3361 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
3362 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
3363 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
3364 operands.
3365
3366 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
3367 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
3368 to put this information into the assembler code; they can put it in
3369 the RTL instead of operand 1.
3370
3371 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
3372 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
3373 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
3374 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
3375 instruction, the pattern for this operation should be a
3376 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
3377 address into a register and uses that register in the call instruction.
3378
3379 @cindex @code{call_value} instruction pattern
3380 @item @samp{call_value}
3381 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
3382 register in which the value is returned.  There are three more
3383 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
3384 instruction (but with numbers increased by one).
3385
3386 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
3387 insn.
3388
3389 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
3390 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
3391 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
3392 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
3393 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
3394 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
3395 adjustment made to the frame pointer.
3396
3397 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
3398 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
3399 can be eliminated, if desired.
3400
3401 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
3402 @item @samp{untyped_call}
3403 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
3404 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
3405 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
3406 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3407 the saving of a function return value into the result block.
3408
3409 This instruction pattern should be defined to support
3410 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
3411 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
3412 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
3413 multiple registers that can hold a return value
3414 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
3415
3416 @cindex @code{return} instruction pattern
3417 @item @samp{return}
3418 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
3419 defined only if a single instruction can do all the work of returning
3420 from a function.
3421
3422 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
3423 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
3424 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
3425 some class of functions only requires one instruction to implement a
3426 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
3427 to save any registers or allocate stack space.
3428
3429 @findex reload_completed
3430 @findex leaf_function_p
3431 For such machines, the condition specified in this pattern should only
3432 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
3433 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
3434 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
3435 a register window push is required.
3436
3437 Machines that have conditional return instructions should define patterns
3438 such as
3439
3440 @smallexample
3441 (define_insn ""
3442   [(set (pc)
3443         (if_then_else (match_operator
3444                          0 "comparison_operator"
3445                          [(cc0) (const_int 0)])
3446                       (return)
3447                       (pc)))]
3448   "@var{condition}"
3449   "@dots{}")
3450 @end smallexample
3451
3452 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
3453 named @samp{return} pattern.
3454
3455 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
3456 @item @samp{untyped_return}
3457 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
3458 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
3459 instructions are needed to return a value of any type.
3460
3461 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
3462 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
3463 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3464 the restoring of a function return value from the result block.
3465
3466 @cindex @code{nop} instruction pattern
3467 @item @samp{nop}
3468 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
3469 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
3470 RTL pattern.
3471
3472 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
3473 @item @samp{indirect_jump}
3474 An instruction to jump to an address which is operand zero.
3475 This pattern name is mandatory on all machines.
3476
3477 @cindex @code{casesi} instruction pattern
3478 @item @samp{casesi}
3479 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
3480 This instruction takes five operands:
3481
3482 @enumerate
3483 @item
3484 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
3485
3486 @item
3487 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
3488
3489 @item
3490 The total range of indices in the table---the largest index
3491 minus the smallest one (both inclusive).
3492
3493 @item
3494 A label that precedes the table itself.
3495
3496 @item
3497 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
3498 (If the machine-description macro @code{CASE_DROPS_THROUGH} is defined,
3499 then an out-of-bounds index drops through to the code following
3500 the jump table instead of jumping to this label.  In that case,
3501 this label is not actually used by the @samp{casesi} instruction,
3502 but it is always provided as an operand.)
3503 @end enumerate
3504
3505 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
3506 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
3507 difference between the upper bound and the lower bound.
3508
3509 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
3510 @item @samp{tablejump}
3511 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
3512 capability which can be used to implement a dispatch table when there
3513 is no @samp{casesi} pattern.
3514
3515 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
3516 which should immediately precede the jump table.  If the macro
3517 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
3518 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
3519 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
3520 mode @code{Pmode}.
3521
3522 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
3523 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
3524 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
3525 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
3526
3527
3528 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
3529 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
3530 Conditional branch instruction that decrements a register and
3531 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
3532 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
3533 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
3534
3535 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
3536 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
3537 reduction is enabled.
3538
3539 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
3540 @item @samp{doloop_end}
3541 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
3542 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
3543 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
3544 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
3545 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
3546 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
3547 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
3548 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
3549 @xref{Looping Patterns}.
3550
3551 This optional instruction pattern should be defined for machines with
3552 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
3553 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
3554 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3555 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
3556 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
3557 too large for this instruction, make it fail.
3558
3559 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
3560 @item @samp{doloop_begin}
3561 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
3562 need to perform some initialization, such as loading special registers
3563 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
3564 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
3565 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
3566
3567
3568 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
3569 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
3570 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
3571 into operand 0.
3572
3573 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
3574 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
3575 and also has mode @code{Pmode}.
3576
3577 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
3578 the address of the function which would be called if the function
3579 pointer were used in an indirect call.
3580
3581 Only define this pattern if function pointers on the target machine
3582 can have different values but still call the same function when
3583 used in an indirect call.
3584
3585 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
3586 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
3587 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
3588 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
3589 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
3590 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
3591 @item @samp{save_stack_block}
3592 @itemx @samp{save_stack_function}
3593 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
3594 @itemx @samp{restore_stack_block}
3595 @itemx @samp{restore_stack_function}
3596 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
3597 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
3598 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
3599 such machines.
3600
3601 Some machines require special handling for stack pointer saves and
3602 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
3603 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
3604 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
3605 saves and restores are:
3606
3607 @enumerate
3608 @item
3609 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
3610 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
3611 restores the stack pointer when the block is exited.
3612
3613 @item
3614 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
3615 similar job for the outermost block of a function and are used when the
3616 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
3617 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
3618 restore sequence on some machines.
3619
3620 @item
3621 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
3622 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
3623 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
3624 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
3625 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
3626 and restoring additional data such as register window information or
3627 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
3628 such required data.
3629 @end enumerate
3630
3631 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
3632 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
3633 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
3634 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
3635 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
3636 for a particular type of save (either because no save is needed or
3637 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
3638 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
3639 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
3640 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
3641
3642 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
3643 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
3644 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
3645
3646 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
3647 @item @samp{allocate_stack}
3648 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
3649 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
3650
3651 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
3652 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
3653 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
3654 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
3655 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
3656 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
3657 stack is free.
3658
3659 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
3660 Some machines require other operations such as stack probes or
3661 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
3662 operations in addition to updating the stack pointer.
3663
3664 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
3665 @item @samp{check_stack}
3666 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
3667 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
3668 to perform the needed check and signaling an error if the stack
3669 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
3670 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
3671 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
3672 limit from a global or thread-specific variable or register.
3673
3674 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
3675 @item @samp{nonlocal_goto}
3676 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
3677 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
3678 each representing a value to be used in the jump.  The first
3679 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
3680 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
3681 the third is the address of a location where the stack is saved,
3682 and the last is the address of the label, to be placed in the
3683 location for the incoming static chain.
3684
3685 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
3686 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
3687 and static chain, restore the stack (using the
3688 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
3689 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
3690 not work on your machine.
3691
3692 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
3693 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
3694 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
3695 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
3696 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
3697 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
3698 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
3699 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
3700 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
3701 There are no arguments.
3702
3703 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
3704 @item @samp{exception_receiver}
3705 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3706 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3707 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3708 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3709 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
3710 an exception.  There are no arguments.
3711
3712 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
3713 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
3714 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
3715 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
3716 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
3717 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
3718 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
3719 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
3720 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
3721 the first three are normally used by the generic mechanism.
3722
3723 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
3724 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
3725 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3726 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3727 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3728 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3729 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
3730 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
3731 at a small offset from that label.
3732
3733 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
3734 @item @samp{builtin_longjmp}
3735 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
3736 You will not normally need to define this pattern unless you also define
3737 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
3738 @code{jmp_buf}.
3739
3740 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
3741 @item @samp{eh_return}
3742 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
3743 and thence the call frame exception handling library routines, are
3744 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
3745 the abnormal return path.
3746
3747 The address of the exception handler to which the function should return
3748 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
3749 the pattern to some special register or memory location.
3750 If the pattern needs to determine the location of the target call
3751 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
3752 if defined; it will have already been assigned.
3753
3754 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
3755 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
3756 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
3757 handling is to be used.
3758
3759 @cindex @code{prologue} instruction pattern
3760 @anchor{prologue instruction pattern}
3761 @item @samp{prologue}
3762 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
3763 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
3764 pointer register, saving callee saved registers, etc.
3765
3766 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
3767 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
3768
3769 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
3770 instruction scheduling.
3771
3772 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
3773 @anchor{epilogue instruction pattern}
3774 @item @samp{epilogue}
3775 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
3776 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
3777 registers and emitting the return instruction.
3778
3779 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
3780 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
3781
3782 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
3783 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
3784
3785 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
3786 @item @samp{sibcall_epilogue}
3787 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
3788 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
3789 sibling call (aka tail call) sites.
3790
3791 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
3792 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
3793 function.
3794
3795 @cindex @code{trap} instruction pattern
3796 @item @samp{trap}
3797 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
3798 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
3799 front end to signal `invalid array index' exceptions.
3800
3801 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
3802 @item @samp{conditional_trap}
3803 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
3804 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
3805
3806 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
3807
3808 @smallexample
3809 (define_insn "conditional_trap"
3810   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
3811              [(cc0) (const_int 0)])
3812             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
3813   ""
3814   "@dots{}")
3815 @end smallexample
3816
3817 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
3818 @item @samp{prefetch}
3819
3820 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
3821 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
3822 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
3823 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
3824 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
3825 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
3826 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
3827 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
3828 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
3829
3830 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
3831 the values of operands 1 and 2.
3832
3833 @end table
3834
3835 @end ifset
3836 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
3837 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
3838 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
3839 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
3840 @ifset INTERNALS
3841 @node Pattern Ordering
3842 @section When the Order of Patterns Matters
3843 @cindex Pattern Ordering
3844 @cindex Ordering of Patterns
3845
3846 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
3847 pattern that appears first in the machine description is the one used.
3848 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
3849 and faster instructions (those that will produce better code when they
3850 do match) should usually go first in the description.
3851
3852 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
3853 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
3854 instruction for converting a fullword to floating point and another
3855 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
3856 an integer to floating point could match either one.  We put the
3857 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
3858 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
3859 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
3860 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
3861 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
3862 constant value.
3863
3864 @end ifset
3865 @ifset INTERNALS
3866 @node Dependent Patterns
3867 @section Interdependence of Patterns
3868 @cindex Dependent Patterns
3869 @cindex Interdependence of Patterns
3870
3871 Every machine description must have a named pattern for each of the
3872 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
3873 must always have the form
3874
3875 @smallexample
3876 (set (pc)
3877      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3878                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
3879                    (pc)))
3880 @end smallexample
3881
3882 @noindent
3883 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
3884 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
3885 look like
3886
3887 @smallexample
3888 (set (pc)
3889      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3890                    (pc)
3891                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
3892 @end smallexample
3893
3894 @noindent
3895 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
3896 branches into reverse-conditional branches.
3897
3898 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
3899 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
3900 example,
3901
3902 @smallexample
3903 (define_insn ""
3904   [(set (pc)
3905         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
3906                                       [(cc0) (const_int 0)])
3907                       (pc)
3908                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
3909   "@var{condition}"
3910   "@dots{}")
3911 @end smallexample
3912
3913 In some cases machines support instructions identical except for the
3914 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
3915 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
3916 patterns are
3917
3918 @smallexample
3919 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3920      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
3921
3922 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3923      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
3924 @end smallexample
3925
3926 @noindent
3927 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
3928 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
3929 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
3930 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
3931 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
3932 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
3933
3934 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
3935 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
3936 compilations.
3937
3938 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
3939 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
3940 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
3941 you should not provide separate patterns for increment and decrement
3942 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
3943 that supports register-register add insns by examining the operands and
3944 generating the appropriate machine instruction.
3945
3946 @end ifset
3947 @ifset INTERNALS
3948 @node Jump Patterns
3949 @section Defining Jump Instruction Patterns
3950 @cindex jump instruction patterns
3951 @cindex defining jump instruction patterns
3952
3953 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
3954 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
3955 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
3956 insn tests the condition code and branches or not according its value.
3957 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
3958 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
3959 way.
3960
3961 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
3962 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
3963 these machines is to treat them just like the others until the final stage
3964 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
3965 compare instruction, peek ahead at the following branch using
3966 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
3967 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
3968 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
3969 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
3970 can treat signed and unsigned branches identically.
3971
3972 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
3973 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
3974 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
3975 until the end.
3976
3977 To go with this technique, you must define the machine-description macro
3978 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
3979 compare instruction is superfluous.
3980
3981 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
3982 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
3983 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
3984 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
3985 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
3986
3987 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
3988 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
3989 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
3990 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
3991 above in addition to any special patterns you define.
3992
3993 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
3994 code and there may not even be a separate condition code register.  On
3995 these machines, the restriction that the definition and use of the
3996 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
3997 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
3998 delay for taken branches unless the condition code register is set three
3999 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
4000 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
4001 separate the definition and use of the condition code register.
4002
4003 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
4004 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
4005 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
4006 comparison result can be placed in any general register, or if there are
4007 multiple condition registers, use a pseudo register.
4008
4009 @findex prev_cc0_setter
4010 @findex next_cc0_user
4011 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
4012 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
4013 SPARC, setting the condition code directly from an add or subtract
4014 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
4015 instruction does, so a different branch instruction must be used for
4016 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
4017 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
4018 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
4019 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
4020 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
4021 and @code{next_cc0_user}.
4022
4023 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
4024 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
4025 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
4026 we use the machine mode of the condition code register to record
4027 different formats of the condition code register.
4028
4029 Registers used to store the condition code value should have a mode that
4030 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
4031 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
4032 the SPARC), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
4033 additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
4034 @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
4035
4036 If it is known during RTL generation that a different mode will be
4037 required (for example, if the machine has separate compare instructions
4038 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
4039 be specified at that time.
4040
4041 If the cases that require different modes would be made by instruction
4042 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
4043 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
4044 written using that mode.  To support the case of the add on the SPARC
4045 discussed above, we have the pattern
4046
4047 @smallexample
4048 (define_insn ""
4049   [(set (reg:CC_NOOV 0)
4050         (compare:CC_NOOV
4051           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
4052                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
4053           (const_int 0)))]
4054   ""
4055   "@dots{}")
4056 @end smallexample
4057
4058 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the SPARC returns @code{CC_NOOVmode}
4059 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
4060
4061 @end ifset
4062 @ifset INTERNALS
4063 @node Looping Patterns
4064 @section Defining Looping Instruction Patterns
4065 @cindex looping instruction patterns
4066 @cindex defining looping instruction patterns
4067
4068 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
4069 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
4070 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
4071 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
4072 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
4073 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
4074 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
4075 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
4076 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
4077 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
4078 the jump.
4079
4080 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
4081 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
4082 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
4083 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
4084 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
4085 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
4086 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
4087 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
4088 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
4089 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
4090 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
4091 following for its @code{dbra} instruction:
4092
4093 @smallexample
4094 @group
4095 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
4096   [(set (pc)
4097         (if_then_else
4098           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
4099                        (const_int -1))
4100               (const_int 0))
4101           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
4102           (pc)))
4103    (set (match_dup 0)
4104         (plus:SI (match_dup 0)
4105                  (const_int -1)))]
4106   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
4107   "@dots{}")
4108 @end group
4109 @end smallexample
4110
4111 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
4112 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
4113 since this insn is generated by the instruction combination phase
4114 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
4115 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
4116 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
4117 pattern will not be matched by the combiner.
4118
4119 @smallexample
4120 @group
4121 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
4122   [(set (pc)
4123         (if_then_else
4124           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
4125               (const_int 1))
4126           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
4127           (pc)))
4128    (set (match_dup 0)
4129         (plus:SI (match_dup 0)
4130                  (const_int -1)))]
4131   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
4132   "@dots{}")
4133 @end group
4134 @end smallexample
4135
4136 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
4137 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
4138 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
4139 information collected during strength reduction.
4140
4141 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
4142 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
4143 is an optional companion pattern that can be used for initialization
4144 needed for some low-overhead looping instructions.
4145
4146 Note that some machines require the actual looping instruction to be
4147 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
4148 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
4149 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
4150 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
4151 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
4152 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
4153 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
4154 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
4155 desired special iteration counter register was not allocated, this
4156 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
4157 instruction pair.
4158
4159 The essential difference between the
4160 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
4161 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
4162 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
4163 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
4164 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
4165 may become redundant and removed by the flow pass.
4166
4167
4168 @end ifset
4169 @ifset INTERNALS
4170 @node Insn Canonicalizations
4171 @section Canonicalization of Instructions
4172 @cindex canonicalization of instructions
4173 @cindex insn canonicalization
4174
4175 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
4176 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
4177 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
4178 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
4179 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
4180 number of insn patterns required.
4181
4182 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
4183 are performed:
4184
4185 @itemize @bullet
4186 @item
4187 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
4188 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
4189 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
4190 be supplied.
4191
4192 @item
4193 For associative operators, a sequence of operators will always chain
4194 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
4195 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
4196 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
4197 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
4198 floating-point.
4199
4200 @item
4201 @cindex @code{neg}, canonicalization of
4202 @cindex @code{not}, canonicalization of
4203 @cindex @code{mult}, canonicalization of
4204 @cindex @code{plus}, canonicalization of
4205 @cindex @code{minus}, canonicalization of
4206 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
4207 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
4208 first operand.
4209
4210 @item
4211 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
4212 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
4213 the operations as far as possible.  For instance,
4214 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
4215 @code{(plus (mult (neg A) B) C)} is canonicalized as
4216 @code{(minus A (mult B C))}.
4217
4218 @cindex @code{compare}, canonicalization of
4219 @item
4220 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
4221 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
4222 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
4223 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
4224 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
4225 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
4226 such an instruction.
4227
4228 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
4229 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
4230 above.
4231
4232 @item
4233 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
4234 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
4235
4236 @item
4237 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
4238 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
4239
4240 @cindex @code{ior}, canonicalization of
4241 @cindex @code{and}, canonicalization of
4242 @cindex De Morgan's law
4243 @item
4244 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
4245 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
4246 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
4247
4248 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
4249 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
4250 for that instruction as
4251
4252 @smallexample
4253 (define_insn ""
4254   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
4255         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
4256                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
4257   "@dots{}"
4258   "@dots{}")
4259 @end smallexample
4260
4261 @noindent
4262 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
4263
4264 @smallexample
4265 (define_insn ""
4266   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
4267         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
4268                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
4269   "@dots{}"
4270   "@dots{}")
4271 @end smallexample
4272
4273 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
4274 logically equivalent RTL expressions.
4275
4276 @cindex @code{xor}, canonicalization of
4277 @item
4278 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
4279 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
4280 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
4281
4282 @item
4283 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
4284 the form
4285
4286 @smallexample
4287 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
4288 @end smallexample
4289
4290 @item
4291 On machines that do not use @code{cc0},
4292 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
4293 @var{x}.
4294
4295 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
4296 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
4297 @item
4298 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
4299 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
4300 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
4301
4302 @end itemize
4303
4304 @end ifset
4305 @ifset INTERNALS
4306 @node Expander Definitions
4307 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
4308 @cindex expander definitions
4309 @cindex code generation RTL sequences
4310 @cindex defining RTL sequences for code generation
4311
4312 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
4313 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
4314 represent them.  For these target machines, you can write a
4315 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
4316
4317 @findex define_expand
4318 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
4319 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
4320 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
4321
4322 A @code{define_expand} RTX has four operands:
4323
4324 @itemize @bullet
4325 @item
4326 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
4327 use for it is to refer to it by name.
4328
4329 @item
4330 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
4331 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
4332 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
4333
4334 @item
4335 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
4336 used to express how the availability of this pattern depends on
4337 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
4338 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
4339 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
4340 depend on the data in the insn being matched, but only the
4341 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
4342 during initialization in order to learn exactly which named instructions
4343 are available in a particular run.
4344
4345 @item
4346 The preparation statements, a string containing zero or more C
4347 statements which are to be executed before RTL code is generated from
4348 the RTL template.
4349
4350 Usually these statements prepare temporary registers for use as
4351 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
4352 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
4353 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
4354 @end itemize
4355
4356 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
4357 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
4358 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
4359 it.
4360
4361 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
4362 also describes the operands that need to be specified when this pattern
4363 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
4364
4365 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
4366 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
4367 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
4368 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
4369 information to preload the operand into a register if that is required for
4370 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
4371 references should use @code{match_dup}.
4372
4373 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
4374 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
4375 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
4376 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
4377 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
4378 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
4379 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
4380 compute the values and store them into the appropriate elements of
4381 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
4382
4383 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
4384 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
4385 as a statement.
4386
4387 @table @code
4388
4389 @findex DONE
4390 @item DONE
4391 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
4392 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
4393 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
4394 preparation statements; the RTL template will not be generated.
4395
4396 @findex FAIL
4397 @item FAIL
4398 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
4399 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
4400 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
4401
4402 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
4403 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
4404 operations.
4405 @end table
4406
4407 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
4408 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
4409 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
4410 insn.
4411
4412 The RTL template is not used for matching, only for generating the
4413 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
4414 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
4415 list of operands, such as this example:
4416
4417 @smallexample
4418 @group
4419 (define_expand "addsi3"
4420   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4421    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4422    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
4423 @end group
4424 @group
4425   ""
4426   "
4427 @{
4428   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
4429   DONE;
4430 @}")
4431 @end group
4432 @end smallexample
4433
4434 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
4435
4436 @smallexample
4437 @group
4438 (define_expand "ashlsi3"
4439   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4440         (ashift:SI
4441 @end group
4442 @group
4443           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4444           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
4445   ""
4446   "
4447 @end group
4448 @end smallexample
4449
4450 @smallexample
4451 @group
4452 @{
4453   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
4454       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
4455     FAIL;
4456 @}")
4457 @end group
4458 @end smallexample
4459
4460 @noindent
4461 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
4462 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
4463 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
4464 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
4465 library call).
4466
4467 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
4468 patterns with names, then it would be possible to use a
4469 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
4470 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
4471
4472 @smallexample
4473 (define_expand "zero_extendhisi2"
4474   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
4475         (const_int 0))
4476    (set (strict_low_part
4477           (subreg:HI
4478             (match_dup 0)
4479             0))
4480         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
4481   ""
4482   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
4483 @end smallexample
4484
4485 @noindent
4486 @findex make_safe_from
4487 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
4488 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
4489 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
4490 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
4491 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
4492 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
4493 by emitting another RTL insn.
4494
4495 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
4496 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
4497 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
4498 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
4499 on this machine.  So it must be copied into a register with
4500 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
4501
4502 @smallexample
4503 (define_expand "zero_extendhisi2"
4504   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4505         (and:SI (subreg:SI
4506                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
4507                   0)
4508                 (match_dup 2)))]
4509   ""
4510   "operands[2]
4511      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
4512 @end smallexample
4513
4514 @strong{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
4515 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
4516 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
4517 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
4518 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
4519 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
4520 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
4521 in the compiler.
4522
4523 @end ifset
4524 @ifset INTERNALS
4525 @node Insn Splitting
4526 @section Defining How to Split Instructions
4527 @cindex insn splitting
4528 @cindex instruction splitting
4529 @cindex splitting instructions
4530
4531 There are two cases where you should specify how to split a pattern
4532 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
4533 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
4534 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
4535 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
4536 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
4537 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
4538 cannot be placed into a delay slot.
4539
4540 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
4541 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
4542 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
4543 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
4544 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
4545 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
4546 scheduling.
4547
4548 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
4549 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
4550 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
4551 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
4552 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
4553 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
4554 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
4555 split the addition into two insns is machine-dependent.
4556
4557 @findex define_split
4558 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
4559 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
4560
4561 @smallexample
4562 (define_split
4563   [@var{insn-pattern}]
4564   "@var{condition}"
4565   [@var{new-insn-pattern-1}
4566    @var{new-insn-pattern-2}
4567    @dots{}]
4568   "@var{preparation-statements}")
4569 @end smallexample
4570
4571 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
4572 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
4573 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
4574 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
4575 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
4576 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
4577
4578 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
4579 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4580 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
4581 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
4582 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
4583 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
4584 must not allocate any space in the stack frame.
4585
4586 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
4587 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
4588 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
4589 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
4590 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
4591 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
4592 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
4593 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
4594 of those definitions.
4595
4596 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
4597 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
4598 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
4599
4600 @smallexample
4601 (define_split
4602   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4603         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
4604   ""
4605   [(set (match_dup 0)
4606         (ashift:SI (match_dup 1)
4607                    (const_int 16)))
4608    (set (match_dup 0)
4609         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
4610                      (const_int 16)))]
4611   "
4612 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
4613 @end smallexample
4614
4615 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
4616 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
4617 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
4618 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
4619 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
4620 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
4621 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
4622 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
4623 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
4624 @code{define_split} that will never produce insns that match).
4625
4626 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
4627 @file{rs6000.md}:
4628
4629 @smallexample
4630 (define_split
4631   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4632         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4633                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
4634   ""
4635   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
4636    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
4637 "
4638 @{
4639   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
4640   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
4641
4642   if (low & 0x8000)
4643     high++, low |= 0xffff0000;
4644
4645   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
4646   operands[4] = GEN_INT (low);
4647 @}")
4648 @end smallexample
4649
4650 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
4651 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
4652 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
4653 can be substituted into the address of a subsequent operation.
4654
4655 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
4656 an equality comparison of a register and a large constant:
4657
4658 @smallexample
4659 (define_split
4660   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
4661         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4662                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
4663    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
4664   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
4665    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
4666        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
4667   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
4668    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
4669   "
4670 @{
4671   /* Get the constant we are comparing against, C, and see what it
4672      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
4673      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.  */
4674
4675   int c = INTVAL (operands[2]);
4676   int sextc = (c << 16) >> 16;
4677   int xorv = c ^ sextc;
4678
4679   operands[4] = GEN_INT (xorv);
4680   operands[5] = GEN_INT (sextc);
4681 @}")
4682 @end smallexample
4683
4684 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
4685 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
4686 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
4687 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
4688 are not valid.
4689
4690 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
4691 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
4692 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
4693 several restriction apply.
4694
4695 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
4696 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
4697 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
4698 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
4699 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
4700 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
4701 @code{split_branch_probability} hold the probability of original branch in case
4702 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
4703 recomputing of edge frequencies, new sequence is required to have only
4704 forward jumps to the newly created labels.
4705
4706 @findex define_insn_and_split
4707 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
4708 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
4709 this:
4710
4711 @smallexample
4712 (define_insn_and_split
4713   [@var{insn-pattern}]
4714   "@var{condition}"
4715   "@var{output-template}"
4716   "@var{split-condition}"
4717   [@var{new-insn-pattern-1}
4718    @var{new-insn-pattern-2}
4719    @dots{}]
4720   "@var{preparation-statements}"
4721   [@var{insn-attributes}])
4722
4723 @end smallexample
4724
4725 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
4726 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
4727 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
4728 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
4729 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
4730 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
4731 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
4732 from i386.md:
4733
4734 @smallexample
4735 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
4736   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
4737      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
4738    (clobber (reg:CC 17))]
4739   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
4740   "#"
4741   "&& reload_completed"
4742   [(parallel [(set (match_dup 0)
4743                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
4744               (clobber (reg:CC 17))])]
4745   ""
4746   [(set_attr "type" "alu1")])
4747
4748 @end smallexample
4749
4750 In this case, the actual split condition will be
4751 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
4752
4753 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
4754 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
4755 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
4756 having to ensure the two patterns' templates match.
4757
4758 @end ifset
4759 @ifset INTERNALS
4760 @node Including Patterns
4761 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
4762 @cindex insn includes
4763
4764 @findex include
4765 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
4766 look for patterns that are in files other than in the file
4767 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
4768
4769 It looks like:
4770
4771 @smallexample
4772
4773 (include
4774   @var{pathname})
4775 @end smallexample
4776
4777 For example:
4778
4779 @smallexample
4780
4781 (include "filestuff")
4782
4783 @end smallexample
4784
4785 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
4786 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
4787 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
4788
4789
4790 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
4791 and placed into subdirectories.
4792
4793 By specifying:
4794
4795 @smallexample
4796
4797 (include "BOGUS/filestuff")
4798
4799 @end smallexample
4800
4801 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
4802
4803 Specifying an absolute path for the include file such as;
4804 @smallexample
4805
4806 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
4807
4808 @end smallexample
4809 is permitted but is not encouraged.
4810
4811 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
4812 @cindex directory options .md
4813 @cindex options, directory search
4814 @cindex search options
4815
4816 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
4817 For example:
4818
4819 @smallexample
4820
4821 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
4822
4823 @end smallexample
4824
4825
4826 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
4827 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
4828 file, substituting your own version, since these directories are
4829 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
4830 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
4831 order; the standard default directory come after.
4832
4833
4834 @end ifset
4835 @ifset INTERNALS
4836 @node Peephole Definitions
4837 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
4838 @cindex peephole optimizer definitions
4839 @cindex defining peephole optimizers
4840
4841 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
4842 definitions of machine-specific peephole optimizations.
4843
4844 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
4845 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
4846 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
4847 though the second one does not appear to use a register computed in the
4848 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
4849 opportunities.
4850
4851 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
4852 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
4853 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
4854 is deprecated.
4855
4856 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
4857 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
4858 but before scheduling, which may result in much better code for
4859 targets that do scheduling.
4860
4861 @menu
4862 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
4863 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
4864 @end menu
4865
4866 @end ifset
4867 @ifset INTERNALS
4868 @node define_peephole
4869 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
4870 @findex define_peephole
4871
4872 @need 1000
4873 A definition looks like this:
4874
4875 @smallexample
4876 (define_peephole
4877   [@var{insn-pattern-1}
4878    @var{insn-pattern-2}
4879    @dots{}]
4880   "@var{condition}"
4881   "@var{template}"
4882   "@var{optional-insn-attributes}")
4883 @end smallexample
4884
4885 @noindent
4886 The last string operand may be omitted if you are not using any
4887 machine-specific information in this machine description.  If present,
4888 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
4889
4890 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
4891 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
4892 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
4893 the next, and so on.
4894
4895 Each of the insns matched by a peephole must also match a
4896 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
4897 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
4898 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
4899 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
4900 stages.
4901
4902 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
4903 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
4904 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
4905 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
4906 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
4907 other.
4908
4909 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
4910 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
4911 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
4912 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
4913 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
4914
4915 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
4916 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
4917 previously tested.
4918
4919 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
4920 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
4921 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
4922 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
4923 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
4924 patterns.
4925
4926 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
4927 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
4928 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
4929 the operands.
4930
4931 @findex prev_active_insn
4932 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
4933 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
4934 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
4935 to refer to the last of the insns being matched; use
4936 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
4937
4938 @findex dead_or_set_p
4939 When optimizing computations with intermediate results, you can use
4940 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
4941 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
4942 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
4943 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
4944 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
4945 value (from @code{operands[@var{i}]}).
4946
4947 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
4948 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
4949 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
4950 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
4951 used in matching the original sequence of insns.
4952
4953 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
4954 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
4955 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
4956 as the insn pattern to control how the insn is output.
4957
4958 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
4959 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
4960
4961 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
4962
4963 @smallexample
4964 (define_peephole
4965   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
4966    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
4967         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
4968   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
4969 @{
4970   rtx xoperands[2];
4971   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
4972 #ifdef MOTOROLA
4973   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
4974   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
4975   return "fmove.d (sp)+,%0";
4976 #else
4977   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
4978   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
4979   return "fmoved sp@@+,%0";
4980 #endif
4981 @})
4982 @end smallexample
4983
4984 @need 1000
4985 The effect of this optimization is to change
4986
4987 @smallexample
4988 @group
4989 jbsr _foobar
4990 addql #4,sp
4991 movel d1,sp@@-
4992 movel d0,sp@@-
4993 fmoved sp@@+,fp0
4994 @end group
4995 @end smallexample
4996
4997 @noindent
4998 into
4999
5000 @smallexample
5001 @group
5002 jbsr _foobar
5003 movel d1,sp@@
5004 movel d0,sp@@-
5005 fmoved sp@@+,fp0
5006 @end group
5007 @end smallexample
5008
5009 @ignore
5010 @findex CC_REVERSED
5011 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
5012 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
5013 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
5014 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
5015 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
5016 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
5017 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
5018 and in this C code check the condition code status flags and change the
5019 assembler code as appropriate.
5020 @end ignore
5021
5022 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
5023 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
5024 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
5025 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
5026 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
5027 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
5028 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
5029 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
5030 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
5031
5032 @smallexample
5033 (define_insn "divmodsi4"
5034   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
5035         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
5036                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
5037    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
5038         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
5039   "TARGET_68020"
5040   "divsl%.l %2,%3:%0")
5041 @end smallexample
5042
5043 @noindent
5044 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
5045
5046 @smallexample
5047 (define_peephole
5048   [@dots{}
5049    (parallel
5050     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
5051           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
5052                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
5053      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
5054           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
5055    @dots{}]
5056   @dots{})
5057 @end smallexample
5058
5059 @end ifset
5060 @ifset INTERNALS
5061 @node define_peephole2
5062 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
5063 @findex define_peephole2
5064
5065 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
5066 substitute one sequence of instructions for another sequence,
5067 what additional scratch registers may be needed and what their
5068 lifetimes must be.
5069
5070 @smallexample
5071 (define_peephole2
5072   [@var{insn-pattern-1}
5073    @var{insn-pattern-2}
5074    @dots{}]
5075   "@var{condition}"
5076   [@var{new-insn-pattern-1}
5077    @var{new-insn-pattern-2}
5078    @dots{}]
5079   "@var{preparation-statements}")
5080 @end smallexample
5081
5082 The definition is almost identical to @code{define_split}
5083 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
5084 single instruction, but a sequence of instructions.
5085
5086 It is possible to request additional scratch registers for use in the
5087 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
5088 will simply not match.
5089
5090 @findex match_scratch
5091 @findex match_dup
5092 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
5093 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
5094 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
5095 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
5096 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
5097 at which the register must be available.
5098
5099 Here is an example from the IA-32 machine description:
5100
5101 @smallexample
5102 (define_peephole2
5103   [(match_scratch:SI 2 "r")
5104    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5105                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
5106                      [(match_dup 0)
5107                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
5108               (clobber (reg:CC 17))])]
5109   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
5110   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
5111    (parallel [(set (match_dup 0)
5112                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
5113               (clobber (reg:CC 17))])]
5114   "")
5115 @end smallexample
5116
5117 @noindent
5118 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
5119 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
5120 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
5121 to be live only at the point just before the arithmetic.
5122
5123 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
5124 so here's a silly made-up example:
5125
5126 @smallexample
5127 (define_peephole2
5128   [(match_scratch:SI 4 "r")
5129    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
5130    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
5131    (match_dup 4)
5132    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
5133   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
5134   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
5135    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
5136    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
5137    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
5138   "")
5139 @end smallexample
5140
5141 @noindent
5142 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
5143 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
5144 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
5145
5146 @end ifset
5147 @ifset INTERNALS
5148 @node Insn Attributes
5149 @section Instruction Attributes
5150 @cindex insn attributes
5151 @cindex instruction attributes
5152
5153 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
5154 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
5155 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
5156 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
5157 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
5158 to track the condition codes.
5159
5160 @menu
5161 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
5162 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
5163 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
5164 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
5165 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
5166 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
5167 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
5168 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
5169 @end menu
5170
5171 @end ifset
5172 @ifset INTERNALS
5173 @node Defining Attributes
5174 @subsection Defining Attributes and their Values
5175 @cindex defining attributes and their values
5176 @cindex attributes, defining
5177
5178 @findex define_attr
5179 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
5180 by the target machine.  It looks like:
5181
5182 @smallexample
5183 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
5184 @end smallexample
5185
5186 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
5187
5188 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
5189 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
5190 indicate that the attribute takes numeric values.
5191
5192 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
5193 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
5194 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
5195 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
5196 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
5197
5198 @findex insn-attr.h
5199 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
5200 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
5201 specified for an attribute, the following are defined:
5202
5203 @itemize @bullet
5204 @item
5205 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
5206
5207 @item
5208 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
5209 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
5210 the attribute name and value are first converted to uppercase.
5211
5212 @item
5213 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
5214 returns the attribute value for that insn.
5215 @end itemize
5216
5217 For example, if the following is present in the @file{md} file:
5218
5219 @smallexample
5220 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
5221 @end smallexample
5222
5223 @noindent
5224 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
5225
5226 @smallexample
5227 #define HAVE_ATTR_type
5228 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
5229                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
5230 extern enum attr_type get_attr_type ();
5231 @end smallexample
5232
5233 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
5234 defined and the function to obtain the attribute's value will return
5235 @code{int}.
5236
5237 @end ifset
5238 @ifset INTERNALS
5239 @node Expressions
5240 @subsection Attribute Expressions
5241 @cindex attribute expressions
5242
5243 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
5244 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
5245 Attribute value expressions must have one of the following forms:
5246
5247 @table @code
5248 @cindex @code{const_int} and attributes
5249 @item (const_int @var{i})
5250 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
5251 must be non-negative.
5252
5253 The value of a numeric attribute can be specified either with a
5254 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
5255 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
5256 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
5257 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
5258
5259 @cindex @code{const_string} and attributes
5260 @item (const_string @var{value})
5261 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
5262 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
5263 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
5264 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
5265 of a @code{define_attr}.
5266
5267 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
5268 must be a string containing a non-negative integer (normally
5269 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
5270 contain one of the valid values for the attribute.
5271
5272 @cindex @code{if_then_else} and attributes
5273 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
5274 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
5275 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
5276 otherwise it is @var{false-value}.
5277
5278 @cindex @code{cond} and attributes
5279 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
5280 The first operand of this expression is a vector containing an even
5281 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
5282 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
5283 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
5284 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
5285 expression is that of the @var{default} expression.
5286 @end table
5287
5288 @var{test} expressions can have one of the following forms:
5289
5290 @table @code
5291 @cindex @code{const_int} and attribute tests
5292 @item (const_int @var{i})
5293 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
5294
5295 @cindex @code{not} and attributes
5296 @cindex @code{ior} and attributes
5297 @cindex @code{and} and attributes
5298 @item (not @var{test})
5299 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
5300 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
5301 These tests are true if the indicated logical function is true.
5302
5303 @cindex @code{match_operand} and attributes
5304 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
5305 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
5306 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
5307 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
5308 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
5309 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
5310 string).
5311
5312 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
5313
5314 @cindex @code{le} and attributes
5315 @cindex @code{leu} and attributes
5316 @cindex @code{lt} and attributes
5317 @cindex @code{gt} and attributes
5318 @cindex @code{gtu} and attributes
5319 @cindex @code{ge} and attributes
5320 @cindex @code{geu} and attributes
5321 @cindex @code{ne} and attributes
5322 @cindex @code{eq} and attributes
5323 @cindex @code{plus} and attributes
5324 @cindex @code{minus} and attributes
5325 @cindex @code{mult} and attributes
5326 @cindex @code{div} and attributes
5327 @cindex @code{mod} and attributes
5328 @cindex @code{abs} and attributes
5329 @cindex @code{neg} and attributes
5330 @cindex @code{ashift} and attributes
5331 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
5332 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
5333 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
5334 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
5335 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
5336 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
5337 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
5338 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
5339 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
5340 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
5341 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
5342 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
5343 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
5344 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
5345 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
5346 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
5347 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
5348
5349 @findex get_attr
5350 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
5351 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
5352 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
5353 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
5354 variable.
5355
5356 @findex eq_attr
5357 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
5358 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
5359
5360 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
5361 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
5362 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
5363 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
5364 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
5365 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
5366 @emph{not} in the specified list.
5367
5368 For example,
5369
5370 @smallexample
5371 (eq_attr "type" "load,store")
5372 @end smallexample
5373
5374 @noindent
5375 is equivalent to
5376
5377 @smallexample
5378 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
5379 @end smallexample
5380
5381 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
5382 value of the compiler variable @code{which_alternative}
5383 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
5384 example,
5385
5386 @smallexample
5387 (eq_attr "alternative" "2,3")
5388 @end smallexample
5389
5390 @noindent
5391 is equivalent to
5392
5393 @smallexample
5394 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
5395      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
5396 @end smallexample
5397
5398 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
5399 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
5400 a particular pattern.  This is by far the most common case.
5401
5402 @findex attr_flag
5403 @item (attr_flag @var{name})
5404 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
5405 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
5406 scheduled.
5407
5408 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
5409 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
5410 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
5411 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
5412 if a conditional branch is expected to be taken.
5413
5414 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
5415 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
5416
5417 This example describes a conditional branch delay slot which
5418 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
5419 for backward branches which are not taken (annul-false).
5420
5421 @smallexample
5422 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
5423   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
5424    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
5425         (attr_flag "forward"))
5426    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
5427         (attr_flag "backward"))])
5428 @end smallexample
5429
5430 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
5431 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5432
5433 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
5434 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5435 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
5436 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5437
5438 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
5439 meaning to other passes of the compiler.
5440
5441 @findex attr
5442 @item (attr @var{name})
5443 The value of another attribute is returned.  This is most useful
5444 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
5445 produce more efficient code for non-numeric attributes.
5446 @end table
5447
5448 @end ifset
5449 @ifset INTERNALS
5450 @node Tagging Insns
5451 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
5452 @cindex tagging insns
5453 @cindex assigning attribute values to insns
5454
5455 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
5456 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
5457 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
5458 have an optional last argument to specify the values of attributes for
5459 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
5460 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
5461 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
5462 permits the specification of the values for only one or two attributes
5463 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
5464 next section.
5465
5466 The optional last argument of @code{define_insn} and
5467 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
5468 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
5469 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
5470 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
5471 second operand of the @code{set} is an attribute expression
5472 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
5473
5474 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
5475 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
5476 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
5477 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
5478 each alternative.
5479
5480 @findex set_attr
5481 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
5482 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
5483 specifying a string giving either a single attribute value or a list
5484 of attribute values, one for each alternative.
5485
5486 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
5487 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
5488
5489 @table @code
5490 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
5491 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
5492 or a string containing a comma-separated list giving the values for
5493 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
5494 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
5495
5496 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
5497 which case the attribute will assume its default value for insns matching
5498 that alternative.
5499
5500 @findex set_attr_alternative
5501 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
5502 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
5503 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
5504 tests on the @samp{alternative} attribute.
5505
5506 @findex attr
5507 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
5508 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
5509 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
5510 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
5511 @end table
5512
5513 The following shows three different ways of representing the same
5514 attribute value specification:
5515
5516 @smallexample
5517 (set_attr "type" "load,store,arith")
5518
5519 (set_attr_alternative "type"
5520                       [(const_string "load") (const_string "store")
5521                        (const_string "arith")])
5522
5523 (set (attr "type")
5524      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
5525             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
5526            (const_string "arith")))
5527 @end smallexample
5528
5529 @need 1000
5530 @findex define_asm_attributes
5531 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
5532 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
5533 statement.  It has the form:
5534
5535 @smallexample
5536 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
5537 @end smallexample
5538
5539 @noindent
5540 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
5541 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
5542
5543 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
5544 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
5545
5546 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
5547 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
5548 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
5549 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
5550 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
5551 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
5552 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
5553 of a single machine instruction.
5554
5555 @end ifset
5556 @ifset INTERNALS
5557 @node Attr Example
5558 @subsection Example of Attribute Specifications
5559 @cindex attribute specifications example
5560 @cindex attribute specifications
5561
5562 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
5563 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
5564 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
5565 value.  This attribute is normally used only to define the default value
5566 for other attributes.  An example will clarify this usage.
5567
5568 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
5569 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
5570 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
5571 operations, floating point operations, and branches.
5572
5573 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
5574 the condition code and will limit ourselves to the following possible
5575 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
5576 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
5577 changed if the item previously set into the condition code has been
5578 modified.
5579
5580 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
5581
5582 @smallexample
5583 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
5584
5585 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
5586              (cond [(eq_attr "type" "load")
5587                         (const_string "change0")
5588                     (eq_attr "type" "store,branch")
5589                         (const_string "unchanged")
5590                     (eq_attr "type" "arith")
5591                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
5592                                       (const_string "set")
5593                                       (const_string "clobber"))]
5594                    (const_string "clobber")))
5595
5596 (define_insn ""
5597   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
5598         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
5599   ""
5600   "@@
5601    move %0,%1
5602    load %0,%1
5603    store %0,%1"
5604   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
5605 @end smallexample
5606
5607 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
5608 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
5609 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
5610 full-word result.
5611
5612 @end ifset
5613 @ifset INTERNALS
5614 @node Insn Lengths
5615 @subsection Computing the Length of an Insn
5616 @cindex insn lengths, computing
5617 @cindex computing the length of an insn
5618
5619 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
5620 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
5621 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
5622 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @samp{length}
5623 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
5624 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
5625
5626 In the case of the @samp{length} attribute, two additional forms of
5627 arithmetic terms are allowed in test expressions:
5628
5629 @table @code
5630 @cindex @code{match_dup} and attributes
5631 @item (match_dup @var{n})
5632 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
5633 must be a @code{label_ref}.
5634
5635 @cindex @code{pc} and attributes
5636 @item (pc)
5637 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
5638 been more consistent with other usage to make this the address of the
5639 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
5640 current insn is to be computed.
5641 @end table
5642
5643 @cindex @code{addr_vec}, length of
5644 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
5645 For normal insns, the length will be determined by value of the
5646 @samp{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
5647 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
5648 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
5649
5650 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
5651
5652 The following macros can be used to refine the length computation:
5653
5654 @table @code
5655 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
5656 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
5657 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
5658 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
5659 that contains the initially computed length of the insn and should be
5660 updated with the correct length of the insn.
5661
5662 This macro will normally not be required.  A case in which it is
5663 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
5664 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
5665 may be required.
5666 @end table
5667
5668 @findex get_attr_length
5669 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
5670 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
5671 determine the form of the branch instruction to be written, as the
5672 example below illustrates.
5673
5674 As an example of the specification of variable-length branches, consider
5675 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
5676 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
5677 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
5678 sequence to load the address from memory and then branch to it.
5679
5680 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
5681 as follows:
5682
5683 @smallexample
5684 (define_insn "jump"
5685   [(set (pc)
5686         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
5687   ""
5688 @{
5689    return (get_attr_length (insn) == 4
5690            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
5691 @}
5692   [(set (attr "length")
5693         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
5694                       (const_int 4)
5695                       (const_int 6)))])
5696 @end smallexample
5697
5698 @end ifset
5699 @ifset INTERNALS
5700 @node Constant Attributes
5701 @subsection Constant Attributes
5702 @cindex constant attributes
5703
5704 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
5705 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
5706 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
5707 used to specify which variety of processor is used.  For example,
5708
5709 @smallexample
5710 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
5711  (const
5712   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
5713          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
5714         (const_string "m88000"))))
5715
5716 (define_attr "memory" "fast,slow"
5717  (const
5718   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
5719                 (const_string "fast")
5720                 (const_string "slow"))))
5721 @end smallexample
5722
5723 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
5724 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
5725 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
5726 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
5727 forms involving insn attributes.
5728
5729 @end ifset
5730 @ifset INTERNALS
5731 @node Delay Slots
5732 @subsection Delay Slot Scheduling
5733 @cindex delay slots, defining
5734
5735 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
5736 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
5737 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
5738 after the instruction are executed as if they were located before it.
5739 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
5740 the following instruction before the branch or call is performed.
5741
5742 On some machines, conditional branch instructions can optionally
5743 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
5744 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
5745 instructions that annul if the branch is true and instructions that
5746 annul if the branch is false are supported.
5747
5748 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
5749 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
5750 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
5751 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
5752 instruction scheduling.
5753
5754 @findex define_delay
5755 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
5756 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
5757
5758 @smallexample
5759 (define_delay @var{test}
5760               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
5761                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
5762                @dots{}])
5763 @end smallexample
5764
5765 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
5766 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
5767 required delay slots is determined by the length of the vector specified
5768 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
5769 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
5770 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
5771 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
5772 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
5773 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
5774
5775 For example, in the common case where branch and call insns require
5776 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
5777 call, the following would be placed in the @file{md} file:
5778
5779 @smallexample
5780 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
5781               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5782 @end smallexample
5783
5784 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
5785 case, each such expression specifies different delay slot requirements
5786 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
5787 expressions are both true.
5788
5789 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
5790 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
5791 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
5792 branch is true, we might represent this as follows:
5793
5794 @smallexample
5795 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
5796    [(eq_attr "type" "!branch,call")
5797     (eq_attr "type" "!branch,call")
5798     (nil)])
5799
5800 (define_delay (eq_attr "type" "call")
5801               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
5802                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5803 @end smallexample
5804 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
5805
5806 @end ifset
5807 @ifset INTERNALS
5808 @node Processor pipeline description
5809 @subsection Specifying processor pipeline description
5810 @cindex processor pipeline description
5811 @cindex processor functional units
5812 @cindex instruction latency time
5813 @cindex interlock delays
5814 @cindex data dependence delays
5815 @cindex reservation delays
5816 @cindex pipeline hazard recognizer
5817 @cindex automaton based pipeline description
5818 @cindex regular expressions
5819 @cindex deterministic finite state automaton
5820 @cindex automaton based scheduler
5821 @cindex RISC
5822 @cindex VLIW
5823
5824 To achieve better performance, most modern processors
5825 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
5826 processors) have many @dfn{functional units} on which several
5827 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
5828 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
5829 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
5830 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
5831 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
5832 MIPS processors).
5833
5834 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
5835 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
5836 latency time}.  The instruction execution is not started until all
5837 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
5838 complex cases when the instruction execution starts even when the data
5839 are not available but will be ready in given time after the
5840 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
5841 account is simple.  The data dependence (true, output, and
5842 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
5843 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
5844 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
5845 means that two instructions under execution will be in need of shared
5846 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
5847 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
5848 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
5849 processors.
5850
5851 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
5852 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
5853 instruction scheduler has to have an adequate description of the
5854 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
5855 machine descriptions describe processor parallelism and functional
5856 unit reservations for groups of instructions with the aid of
5857 @dfn{regular expressions}.
5858
5859 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
5860 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
5861 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
5862 automatically generated from the processor pipeline description.  The
5863 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
5864 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
5865 the instruction issue is possible if there is a transition from one
5866 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
5867 furthermore, its speed is not dependent on processor
5868 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
5869   processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
5870   can split orthogonal parts of the machine description among several
5871   automata: but then, since each of these must be stepped independently,
5872   this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
5873
5874 @cindex automaton based pipeline description
5875 The rest of this section describes the directives that constitute
5876 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
5877 these constructions within the machine description file is not
5878 important.
5879
5880 @findex define_automaton
5881 @cindex pipeline hazard recognizer
5882 The following optional construction describes names of automata
5883 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
5884 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
5885 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
5886 units to the automata, the total size of the automata is usually
5887 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
5888 construction, only one finite state automaton is generated.
5889
5890 @smallexample
5891 (define_automaton @var{automata-names})
5892 @end smallexample
5893
5894 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
5895 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
5896 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
5897 @code{define_query_cpu_unit}.
5898
5899 @findex define_cpu_unit
5900 @cindex processor functional units
5901 Each processor functional unit used in the description of instruction
5902 reservations should be described by the following construction.
5903
5904 @smallexample
5905 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5906 @end smallexample
5907
5908 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
5909 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
5910 for other goals.
5911
5912 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
5913 which the unit is bound.  The automaton should be described in
5914 construction @code{define_automaton}.  You should give
5915 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
5916
5917 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
5918 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
5919 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
5920 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
5921 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
5922 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
5923 description of the subsequent constructions.
5924
5925 @findex define_query_cpu_unit
5926 @cindex querying function unit reservations
5927 The following construction describes CPU functional units analogously
5928 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
5929 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
5930 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
5931 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
5932 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
5933 @acronym{VLIW} insn templates).
5934
5935 @smallexample
5936 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5937 @end smallexample
5938
5939 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
5940 separated by commas.
5941
5942 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
5943 which the unit is bound.
5944
5945 @findex define_insn_reservation
5946 @cindex instruction latency time
5947 @cindex regular expressions
5948 @cindex data bypass
5949 The following construction is the major one to describe pipeline
5950 characteristics of an instruction.
5951
5952 @smallexample
5953 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
5954                          @var{condition} @var{regexp})
5955 @end smallexample
5956
5957 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
5958 instruction.  There is an important difference between the old
5959 description and the automaton based pipeline description.  The latency
5960 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
5961 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
5962 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
5963 zero and the cost of output dependencies is the difference between
5964 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
5965 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
5966 change the default costs for any description by using the target hook
5967 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
5968
5969 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
5970 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
5971 the automaton description file generated for debugging.  The internal
5972 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
5973 good practice to use insn classes described in the processor manual.
5974
5975 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
5976 construction.  You should remember that you will be in trouble if
5977 @var{condition} for two or more different
5978 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
5979 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
5980 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
5981 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
5982 the same value is quite difficult (especially if the conditions
5983 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
5984 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
5985 recognizer considerably.
5986
5987 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
5988 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
5989 expression according to the following syntax:
5990
5991 @smallexample
5992        regexp = regexp "," oneof
5993               | oneof
5994
5995        oneof = oneof "|" allof
5996              | allof
5997
5998        allof = allof "+" repeat
5999              | repeat
6000
6001        repeat = element "*" number
6002               | element
6003
6004        element = cpu_function_unit_name
6005                | reservation_name
6006                | result_name
6007                | "nothing"
6008                | "(" regexp ")"
6009 @end smallexample
6010
6011 @itemize @bullet
6012 @item
6013 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
6014 the reservation.
6015
6016 @item
6017 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
6018 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
6019 regular expression @strong{or} etc.
6020
6021 @item
6022 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
6023 regular expression @strong{and} a reservation described by the
6024 second regular expression @strong{and} etc.
6025
6026 @item
6027 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
6028 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
6029 advancing (see @samp{,}).
6030
6031 @item
6032 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
6033 functional unit.
6034
6035 @item
6036 @samp{reservation_name} --- see description of construction
6037 @samp{define_reservation}.
6038
6039 @item
6040 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
6041 @end itemize
6042
6043 @findex define_reservation
6044 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
6045 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
6046 the common part by the following construction
6047
6048 @smallexample
6049 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
6050 @end smallexample
6051
6052 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
6053 Functional unit names and reservation names are in the same name
6054 space.  So the reservation names should be different from the
6055 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
6056
6057 @findex define_bypass
6058 @cindex instruction latency time
6059 @cindex data bypass
6060 The following construction is used to describe exceptions in the
6061 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
6062
6063 @smallexample
6064 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
6065                [@var{guard}])
6066 @end smallexample
6067
6068 @var{number} defines when the result generated by the instructions
6069 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
6070 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
6071 the string are separated by commas.
6072
6073 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
6074 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
6075 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
6076 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
6077 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
6078 of insn @samp{store} (not a stored value).
6079
6080 @findex exclusion_set
6081 @findex presence_set
6082 @findex final_presence_set
6083 @findex absence_set
6084 @findex final_absence_set
6085 @cindex VLIW
6086 @cindex RISC
6087 The following five constructions are usually used to describe
6088 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
6089 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
6090 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
6091
6092 @smallexample
6093 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
6094 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6095 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6096 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6097 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6098 @end smallexample
6099
6100 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
6101 separated by commas.
6102
6103 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
6104 separated by comma.  Currently pattern is is one unit or units
6105 separated by white-spaces.
6106
6107 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
6108 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
6109 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
6110 example, the construction is useful for describing processors
6111 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
6112 functional unit which can execute simultaneously only single floating
6113 point insns or only double floating point insns.
6114
6115 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
6116 functional unit in the first string can not be reserved unless at
6117 least one of pattern of units whose names are in the second string is
6118 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
6119 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
6120 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
6121 construction
6122
6123 @smallexample
6124 (presence_set "slot1" "slot0")
6125 @end smallexample
6126
6127 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
6128 reservation.  In this case we could write
6129
6130 @smallexample
6131 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
6132 @end smallexample
6133
6134 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
6135 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
6136 done.  When an instruction is issued in given automaton state
6137 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
6138 state is changed.  The first state is a source state, the second one
6139 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
6140 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
6141 done on the result reservation.  This construction is useful to
6142 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
6143 For example, if we use
6144
6145 @smallexample
6146 (presence_set "slot1" "slot0")
6147 @end smallexample
6148
6149 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
6150 @samp{slot0} which is absent in the source state).
6151
6152 @smallexample
6153 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
6154 @end smallexample
6155
6156 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
6157
6158 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
6159 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
6160 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
6161 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
6162 this one but it is symmetric).  For example, it is useful for
6163 description that @acronym{VLIW} @samp{slot0} can not be reserved after
6164 @samp{slot1} or @samp{slot2} reservation.  We could describe it by the
6165 following construction
6166
6167 @smallexample
6168 (absence_set "slot2" "slot0, slot1")
6169 @end smallexample
6170
6171 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
6172 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
6173 this case we could write
6174
6175 @smallexample
6176 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
6177 @end smallexample
6178
6179 All functional units mentioned in a set should belong to the same
6180 automaton.
6181
6182 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
6183 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
6184 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
6185
6186 @findex automata_option
6187 @cindex deterministic finite state automaton
6188 @cindex nondeterministic finite state automaton
6189 @cindex finite state automaton minimization
6190 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
6191 the following construction.
6192
6193 @smallexample
6194 (automata_option @var{options})
6195 @end smallexample
6196
6197 @var{options} is a string giving options which affect the generated
6198 code.  Currently there are the following options:
6199
6200 @itemize @bullet
6201 @item
6202 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
6203 only worth to do when we are debugging the description and need to
6204 look more accurately at reservations of states.
6205
6206 @item
6207 @dfn{time} means printing additional time statistics about
6208 generation of automata.
6209
6210 @item
6211 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
6212 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
6213 verification and debugging.
6214
6215 @item
6216 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
6217 non-critical errors.
6218
6219 @item
6220 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
6221 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
6222 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
6223 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
6224 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
6225 may be rejected by reservations in the subsequent insns.  You can not
6226 query functional unit reservations in nondeterministic automaton
6227 states.
6228
6229 @item
6230 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
6231 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
6232 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
6233 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
6234 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
6235 huge automaton.
6236 @end itemize
6237
6238 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
6239 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
6240 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
6241 the following functional units.
6242
6243 @smallexample
6244 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
6245 (define_cpu_unit "port0, port1")
6246 @end smallexample
6247
6248 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
6249 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
6250 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
6251 are issued into the second pipeline.  Integer division and
6252 multiplication insns can be executed only in the second integer
6253 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
6254 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
6255 integer division insn can not be issued until the current division
6256 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
6257 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
6258 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
6259 incurred.  To describe all of this we could specify
6260
6261 @smallexample
6262 (define_cpu_unit "div")
6263
6264 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
6265                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
6266
6267 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
6268                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
6269
6270 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
6271                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
6272
6273 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
6274                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
6275
6276 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
6277 @end smallexample
6278
6279 To simplify the description we could describe the following reservation
6280
6281 @smallexample
6282 (define_reservation "finish" "port0|port1")
6283 @end smallexample
6284
6285 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
6286 construction
6287
6288 @smallexample
6289 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
6290                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
6291 @end smallexample
6292
6293
6294 @end ifset
6295 @ifset INTERNALS
6296 @node Conditional Execution
6297 @section Conditional Execution
6298 @cindex conditional execution
6299 @cindex predication
6300
6301 A number of architectures provide for some form of conditional
6302 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
6303 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
6304 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
6305 can be quite tedious to describe these forms directly in the
6306 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
6307
6308 @findex define_cond_exec
6309 @smallexample
6310 (define_cond_exec
6311   [@var{predicate-pattern}]
6312   "@var{condition}"
6313   "@var{output-template}")
6314 @end smallexample
6315
6316 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
6317 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
6318 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
6319 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
6320 alternative.
6321
6322 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
6323 pattern to match.
6324
6325 @findex current_insn_predicate
6326 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
6327 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
6328 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
6329 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
6330 In order to handle the general case, there is a global variable
6331 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
6332 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
6333
6334 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
6335 the @code{predicable} instruction attribute is made.
6336 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
6337 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
6338 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
6339 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
6340 alternative or anything else.
6341
6342 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
6343 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
6344 generated that matches a predicated version of the instruction.
6345 For example,
6346
6347 @smallexample
6348 (define_insn "addsi"
6349   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6350         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6351                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
6352   "@var{test1}"
6353   "add %2,%1,%0")
6354
6355 (define_cond_exec
6356   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
6357        (const_int 0))]
6358   "@var{test2}"
6359   "(%0)")
6360 @end smallexample
6361
6362 @noindent
6363 generates a new pattern
6364
6365 @smallexample
6366 (define_insn ""
6367   [(cond_exec
6368      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
6369      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6370           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6371                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
6372   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
6373   "(%3) add %2,%1,%0")
6374 @end smallexample
6375
6376 @end ifset
6377 @ifset INTERNALS
6378 @node Constant Definitions
6379 @section Constant Definitions
6380 @cindex constant definitions
6381 @findex define_constants
6382
6383 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
6384 can be a maintenance problem.
6385
6386 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
6387 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
6388 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
6389 if the corresponding value had been written instead.  You may use
6390 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
6391 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
6392 a different value.
6393
6394 To come back to the a29k load multiple example, instead of
6395
6396 @smallexample
6397 (define_insn ""
6398   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6399      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6400            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6401       (use (reg:SI 179))
6402       (clobber (reg:SI 179))])]
6403   ""
6404   "loadm 0,0,%1,%2")
6405 @end smallexample
6406
6407 You could write:
6408
6409 @smallexample
6410 (define_constants [
6411     (R_BP 177)
6412     (R_FC 178)
6413     (R_CR 179)
6414     (R_Q  180)
6415 ])
6416
6417 (define_insn ""
6418   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6419      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6420            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6421       (use (reg:SI R_CR))
6422       (clobber (reg:SI R_CR))])]
6423   ""
6424   "loadm 0,0,%1,%2")
6425 @end smallexample
6426
6427 The constants that are defined with a define_constant are also output
6428 in the insn-codes.h header file as #defines.
6429 @end ifset
6430 @ifset INTERNALS
6431 @node Macros
6432 @section Macros
6433 @cindex macros in @file{.md} files
6434
6435 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
6436 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple macro
6437 facilities to make this process easier.
6438
6439 @menu
6440 * Mode Macros::         Generating variations of patterns for different modes.
6441 * Code Macros::         Doing the same for codes.
6442 @end menu
6443
6444 @node Mode Macros
6445 @subsection Mode Macros
6446 @cindex mode macros in @file{.md} files
6447
6448 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
6449 For example:
6450
6451 @itemize @bullet
6452 @item
6453 If a processor has hardware support for both single and double
6454 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
6455 very similar to the @code{DFmode} ones.
6456
6457 @item
6458 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
6459 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
6460 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
6461 @end itemize
6462
6463 Mode macros allow several patterns to be instantiated from one
6464 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
6465 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
6466 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
6467
6468 @menu
6469 * Defining Mode Macros:: Defining a new mode macro.
6470 * String Substitutions:: Combining mode macros with string substitutions
6471 * Examples::             Examples
6472 @end menu
6473
6474 @node Defining Mode Macros
6475 @subsubsection Defining Mode Macros
6476 @findex define_mode_macro
6477
6478 The syntax for defining a mode macro is:
6479
6480 @smallexample
6481 (define_mode_macro @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") ... (@var{moden} "@var{condn}")])
6482 @end smallexample
6483
6484 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
6485 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
6486 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
6487 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
6488 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
6489 C condition will also require that @var{condi} be true.
6490
6491 For example:
6492
6493 @smallexample
6494 (define_mode_macro P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
6495 @end smallexample
6496
6497 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
6498 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
6499 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
6500 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
6501 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
6502
6503 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
6504 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
6505 to @code{@var{mode}}.  For example:
6506
6507 @smallexample
6508 (define_mode_macro GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
6509 @end smallexample
6510
6511 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
6512 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
6513
6514 Macros are applied in the order they are defined.  This can be
6515 significant if two macros are used in a construct that requires
6516 string substitutions.  @xref{String Substitutions}.
6517
6518 @node String Substitutions
6519 @subsubsection String Substitution in Mode Macros
6520 @findex define_mode_attr
6521
6522 If an @file{.md} file construct uses mode macros, each version of the
6523 construct will often need slightly different strings.  For example:
6524
6525 @itemize @bullet
6526 @item
6527 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
6528 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
6529 appropriate mode name for @var{m}.
6530
6531 @item
6532 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
6533 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
6534 @end itemize
6535
6536 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
6537 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
6538 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
6539 upper case.  You can define other attributes using:
6540
6541 @smallexample
6542 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") ... (@var{moden} "@var{valuen}")])
6543 @end smallexample
6544
6545 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
6546 is the value associated with @var{modei}.
6547
6548 When GCC replaces some @var{:macro} with @var{:mode}, it will
6549 scan each string in the pattern for sequences of the form
6550 @code{<@var{macro}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of
6551 a mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the
6552 whole @code{<...>} sequence will be replaced by the appropriate
6553 attribute value.
6554
6555 For example, suppose an @file{.md} file has:
6556
6557 @smallexample
6558 (define_mode_macro P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
6559 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
6560 @end smallexample
6561
6562 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
6563 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
6564 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
6565 @code{"ld\t%0,%1"}.
6566
6567 The @code{@var{macro}:} prefix may be omitted, in which case the
6568 substitution will be attempted for every macro expansion.
6569
6570 @node Examples
6571 @subsubsection Mode Macro Examples
6572
6573 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
6574 modes and attributes (among others):
6575
6576 @smallexample
6577 (define_mode_macro GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
6578 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
6579 @end smallexample
6580
6581 and uses the following template to define both @code{subsi3}
6582 and @code{subdi3}:
6583
6584 @smallexample
6585 (define_insn "sub<mode>3"
6586   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
6587         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
6588                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
6589   ""
6590   "<d>subu\t%0,%1,%2"
6591   [(set_attr "type" "arith")
6592    (set_attr "mode" "<MODE>")])
6593 @end smallexample
6594
6595 This is exactly equivalent to:
6596
6597 @smallexample
6598 (define_insn "subsi3"
6599   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
6600         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
6601                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
6602   ""
6603   "subu\t%0,%1,%2"
6604   [(set_attr "type" "arith")
6605    (set_attr "mode" "SI")])
6606
6607 (define_insn "subdi3"
6608   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
6609         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
6610                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
6611   ""
6612   "dsubu\t%0,%1,%2"
6613   [(set_attr "type" "arith")
6614    (set_attr "mode" "DI")])
6615 @end smallexample
6616
6617 @node Code Macros
6618 @subsection Code Macros
6619 @cindex code macros in @file{.md} files
6620 @findex define_code_macro
6621 @findex define_code_attr
6622
6623 Code macros operate in a similar way to mode macros.  @xref{Mode Macros}.
6624
6625 The construct:
6626
6627 @smallexample
6628 (define_code_macro @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") ... (@var{coden} "@var{condn}")])
6629 @end smallexample
6630
6631 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
6632 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
6633 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
6634
6635 As with mode macros, each pattern that uses @var{name} will be
6636 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
6637 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
6638 @xref{Defining Mode Macros}.
6639
6640 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
6641 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
6642 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
6643 Other attributes are defined using:
6644
6645 @smallexample
6646 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") ... (@var{coden} "@var{valuen}")])
6647 @end smallexample
6648
6649 Here's an example of code macros in action, taken from the MIPS port:
6650
6651 @smallexample
6652 (define_code_macro any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
6653                              eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
6654
6655 (define_expand "b<code>"
6656   [(set (pc)
6657         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
6658                                    (const_int 0))
6659                       (label_ref (match_operand 0 ""))
6660                       (pc)))]
6661   ""
6662 @{
6663   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
6664   DONE;
6665 @})
6666 @end smallexample
6667
6668 This is equivalent to:
6669
6670 @smallexample
6671 (define_expand "bunordered"
6672   [(set (pc)
6673         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
6674                                     (const_int 0))
6675                       (label_ref (match_operand 0 ""))
6676                       (pc)))]
6677   ""
6678 @{
6679   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
6680   DONE;
6681 @})
6682
6683 (define_expand "bordered"
6684   [(set (pc)
6685         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
6686                                   (const_int 0))
6687                       (label_ref (match_operand 0 ""))
6688                       (pc)))]
6689   ""
6690 @{
6691   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
6692   DONE;
6693 @})
6694
6695 ...
6696 @end smallexample
6697
6698 @end ifset