OSDN Git Service

2005-12-06 Adrian Straetling <straetling@de.ibm.com>
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / doc / md.texi
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1996, 1998, 1999, 2000, 2001,
2 @c 2002, 2003, 2004, 2005 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.  Note that you need not use the modifier if
1554 the two alternatives are strictly identical; this would only waste
1555 time in the reload pass.  The modifier is not operational after
1556 register allocation, so the result of @code{define_peephole2}
1557 and @code{define_split}s performed after reload cannot rely on
1558 @samp{%} to make the intended insn match.
1559
1560 @cindex @samp{#} in constraint
1561 @item #
1562 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1563 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1564 register preferences.
1565
1566 @cindex @samp{*} in constraint
1567 @item *
1568 Says that the following character should be ignored when choosing
1569 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1570 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1571
1572 @ifset INTERNALS
1573 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1574 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1575 copying it into an address register.  While either kind of register is
1576 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1577 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1578 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1579 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1580 register preferences.
1581
1582 @smallexample
1583 (define_insn "extendhisi2"
1584   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1585         (sign_extend:SI
1586          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1587   @dots{})
1588 @end smallexample
1589 @end ifset
1590 @end table
1591
1592 @node Machine Constraints
1593 @subsection Constraints for Particular Machines
1594 @cindex machine specific constraints
1595 @cindex constraints, machine specific
1596
1597 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1598 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1599 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1600 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1601 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1602 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1603 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1604 immediate-constant format.
1605
1606 For each machine architecture, the
1607 @file{config/@var{machine}/@var{machine}.h} file defines additional
1608 constraints.  These constraints are used by the compiler itself for
1609 instruction generation, as well as for @code{asm} statements; therefore,
1610 some of the constraints are not particularly interesting for @code{asm}.
1611 The constraints are defined through these macros:
1612
1613 @table @code
1614 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1615 Register class constraints (usually lowercase).
1616
1617 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1618 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1619 word size or smaller precision (usually uppercase).
1620
1621 @item CONST_DOUBLE_OK_FOR_LETTER_P
1622 Immediate constant constraints, for all floating point constants and for
1623 constants of greater than word size precision (usually uppercase).
1624
1625 @item EXTRA_CONSTRAINT
1626 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1627 is only defined for some machines.
1628 @end table
1629
1630 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1631 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1632 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1633 available on some particular machines.
1634
1635 @table @emph
1636 @item ARM family---@file{arm.h}
1637 @table @code
1638 @item f
1639 Floating-point register
1640
1641 @item w
1642 VFP floating-point register
1643
1644 @item F
1645 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1646 or 10.0
1647
1648 @item G
1649 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1650 were negated
1651
1652 @item I
1653 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1654 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1655 multiple of 2
1656
1657 @item J
1658 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1659
1660 @item K
1661 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1662
1663 @item L
1664 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1665
1666 @item M
1667 Integer in the range 0 to 32
1668
1669 @item Q
1670 A memory reference where the exact address is in a single register
1671 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1672
1673 @item R
1674 An item in the constant pool
1675
1676 @item S
1677 A symbol in the text segment of the current file
1678
1679 @item Uv
1680 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1681
1682 @item Uy
1683 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1684
1685 @item Uq
1686 A memory reference suitable for the ARMv4 ldrsb instruction.
1687 @end table
1688
1689 @item AVR family---@file{avr.h}
1690 @table @code
1691 @item l
1692 Registers from r0 to r15
1693
1694 @item a
1695 Registers from r16 to r23
1696
1697 @item d
1698 Registers from r16 to r31
1699
1700 @item w
1701 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1702
1703 @item e
1704 Pointer register (r26--r31)
1705
1706 @item b
1707 Base pointer register (r28--r31)
1708
1709 @item q
1710 Stack pointer register (SPH:SPL)
1711
1712 @item t
1713 Temporary register r0
1714
1715 @item x
1716 Register pair X (r27:r26)
1717
1718 @item y
1719 Register pair Y (r29:r28)
1720
1721 @item z
1722 Register pair Z (r31:r30)
1723
1724 @item I
1725 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1726
1727 @item J
1728 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1729
1730 @item K
1731 Constant integer 2
1732
1733 @item L
1734 Constant integer 0
1735
1736 @item M
1737 Constant that fits in 8 bits
1738
1739 @item N
1740 Constant integer @minus{}1
1741
1742 @item O
1743 Constant integer 8, 16, or 24
1744
1745 @item P
1746 Constant integer 1
1747
1748 @item G
1749 A floating point constant 0.0
1750 @end table
1751
1752 @item CRX Architecture---@file{crx.h}
1753 @table @code
1754
1755 @item b
1756 Registers from r0 to r14 (registers without stack pointer)
1757
1758 @item l
1759 Register r16 (64-bit accumulator lo register)
1760
1761 @item h
1762 Register r17 (64-bit accumulator hi register)
1763
1764 @item k
1765 Register pair r16-r17. (64-bit accumulator lo-hi pair)
1766
1767 @item I
1768 Constant that fits in 3 bits
1769
1770 @item J
1771 Constant that fits in 4 bits
1772
1773 @item K
1774 Constant that fits in 5 bits
1775
1776 @item L
1777 Constant that is one of -1, 4, -4, 7, 8, 12, 16, 20, 32, 48
1778
1779 @item G
1780 Floating point constant that is legal for store immediate
1781 @end table
1782
1783 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1784 @table @code
1785 @item b
1786 Address base register
1787
1788 @item f
1789 Floating point register
1790
1791 @item v
1792 Vector register
1793
1794 @item h
1795 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1796
1797 @item q
1798 @samp{MQ} register
1799
1800 @item c
1801 @samp{CTR} register
1802
1803 @item l
1804 @samp{LINK} register
1805
1806 @item x
1807 @samp{CR} register (condition register) number 0
1808
1809 @item y
1810 @samp{CR} register (condition register)
1811
1812 @item z
1813 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1814
1815 @item I
1816 Signed 16-bit constant
1817
1818 @item J
1819 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1820 @code{SImode} constants)
1821
1822 @item K
1823 Unsigned 16-bit constant
1824
1825 @item L
1826 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1827
1828 @item M
1829 Constant larger than 31
1830
1831 @item N
1832 Exact power of 2
1833
1834 @item O
1835 Zero
1836
1837 @item P
1838 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1839
1840 @item G
1841 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1842 instruction per word
1843
1844 @item Q
1845 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1846 for @code{asm} statements)
1847
1848 @item R
1849 AIX TOC entry
1850
1851 @item S
1852 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1853
1854 @item T
1855 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1856
1857 @item U
1858 System V Release 4 small data area reference
1859 @end table
1860
1861 @item MorphoRISC family---@file{ms1.h}
1862 @table @code
1863 @item I
1864 Constant for an arithmetic insn (16-bit signed integer).
1865
1866 @item J
1867 The constant 0.
1868
1869 @item K
1870 Constant for a logical insn (16-bit zero-extended integer).
1871
1872 @item L
1873 A constant that can be loaded with @code{lui} (i.e.@: the bottom 16
1874 bits are zero).
1875
1876 @item M
1877 A constant that takes two words to load (i.e.@: not matched by
1878 @code{I}, @code{K}, or @code{L}).
1879
1880 @item N
1881 Negative 16-bit constants other than -65536.
1882
1883 @item O
1884 A 15-bit signed integer constant.
1885
1886 @item P
1887 A positive 16-bit constant.
1888 @end table
1889
1890 @item Intel 386---@file{i386.h}
1891 @table @code
1892 @item q
1893 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register for the i386.
1894 For x86-64 it is equivalent to @samp{r} class (for 8-bit instructions that
1895 do not use upper halves).
1896
1897 @item Q
1898 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register (for 8-bit instructions,
1899 that do use upper halves).
1900
1901 @item R
1902 Legacy register---equivalent to @code{r} class in i386 mode.
1903 (for non-8-bit registers used together with 8-bit upper halves in a single
1904 instruction)
1905
1906 @item A
1907 Specifies the @samp{a} or @samp{d} registers.  This is primarily useful
1908 for 64-bit integer values (when in 32-bit mode) intended to be returned
1909 with the @samp{d} register holding the most significant bits and the
1910 @samp{a} register holding the least significant bits.
1911
1912 @item f
1913 Floating point register
1914
1915 @item t
1916 First (top of stack) floating point register
1917
1918 @item u
1919 Second floating point register
1920
1921 @item a
1922 @samp{a} register
1923
1924 @item b
1925 @samp{b} register
1926
1927 @item c
1928 @samp{c} register
1929
1930 @item C
1931 Specifies constant that can be easily constructed in SSE register without
1932 loading it from memory.
1933
1934 @item d
1935 @samp{d} register
1936
1937 @item D
1938 @samp{di} register
1939
1940 @item S
1941 @samp{si} register
1942
1943 @item x
1944 @samp{xmm} SSE register
1945
1946 @item y
1947 MMX register
1948
1949 @item I
1950 Constant in range 0 to 31 (for 32-bit shifts)
1951
1952 @item J
1953 Constant in range 0 to 63 (for 64-bit shifts)
1954
1955 @item K
1956 @samp{0xff}
1957
1958 @item L
1959 @samp{0xffff}
1960
1961 @item M
1962 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1963
1964 @item N
1965 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1966
1967 @item Z
1968 Constant in range 0 to @code{0xffffffff} or symbolic reference known to fit specified range.
1969 (for using immediates in zero extending 32-bit to 64-bit x86-64 instructions)
1970
1971 @item e
1972 Constant in range @minus{}2147483648 to 2147483647 or symbolic reference known to fit specified range.
1973 (for using immediates in 64-bit x86-64 instructions)
1974
1975 @item G
1976 Standard 80387 floating point constant
1977 @end table
1978
1979 @item Intel IA-64---@file{ia64.h}
1980 @table @code
1981 @item a
1982 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
1983
1984 @item b
1985 Branch register
1986
1987 @item c
1988 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
1989
1990 @item d
1991 Application register residing in M-unit
1992
1993 @item e
1994 Application register residing in I-unit
1995
1996 @item f
1997 Floating-point register
1998
1999 @item m
2000 Memory operand.
2001 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
2002 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
2003 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
2004
2005 @item G
2006 Floating-point constant 0.0 or 1.0
2007
2008 @item I
2009 14-bit signed integer constant
2010
2011 @item J
2012 22-bit signed integer constant
2013
2014 @item K
2015 8-bit signed integer constant for logical instructions
2016
2017 @item L
2018 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
2019
2020 @item M
2021 6-bit unsigned integer constant for shift counts
2022
2023 @item N
2024 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
2025
2026 @item O
2027 The constant zero
2028
2029 @item P
2030 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
2031
2032 @item Q
2033 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
2034
2035 @item R
2036 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
2037
2038 @item S
2039 Memory operand except postincrement and postdecrement
2040 @end table
2041
2042 @item FRV---@file{frv.h}
2043 @table @code
2044 @item a
2045 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2046
2047 @item b
2048 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2049
2050 @item c
2051 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
2052 @code{icc0} to @code{icc3}).
2053
2054 @item d
2055 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2056
2057 @item e
2058 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2059 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2060 mode larger than 4 bytes.
2061
2062 @item f
2063 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2064
2065 @item h
2066 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2067 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2068 mode larger than 4 bytes.
2069
2070 @item l
2071 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2072
2073 @item q
2074 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2075 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2076 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2077
2078 @item t
2079 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2080
2081 @item u
2082 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2083
2084 @item v
2085 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2086
2087 @item w
2088 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2089
2090 @item x
2091 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2092 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2093 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2094
2095 @item z
2096 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2097
2098 @item A
2099 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2100
2101 @item B
2102 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2103
2104 @item C
2105 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2106
2107 @item G
2108 Floating point constant zero
2109
2110 @item I
2111 6-bit signed integer constant
2112
2113 @item J
2114 10-bit signed integer constant
2115
2116 @item L
2117 16-bit signed integer constant
2118
2119 @item M
2120 16-bit unsigned integer constant
2121
2122 @item N
2123 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2124 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2125
2126 @item O
2127 Constant zero
2128
2129 @item P
2130 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2131 range of 1 to 2047.
2132
2133 @end table
2134
2135 @item Blackfin family---@file{bfin.h}
2136 @table @code
2137 @item a
2138 P register
2139
2140 @item d
2141 D register
2142
2143 @item z
2144 A call clobbered P register.
2145
2146 @item D
2147 Even-numbered D register
2148
2149 @item W
2150 Odd-numbered D register
2151
2152 @item e
2153 Accumulator register.
2154
2155 @item A
2156 Even-numbered accumulator register.
2157
2158 @item B
2159 Odd-numbered accumulator register.
2160
2161 @item b
2162 I register
2163
2164 @item B
2165 B register
2166
2167 @item f
2168 M register
2169
2170 @item c
2171 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
2172
2173 @item C
2174 The CC register.
2175
2176 @item x
2177 Any D, P, B, M, I or L register.
2178
2179 @item y
2180 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2181 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2182
2183 @item w
2184 Any register except accumulators or CC.
2185
2186 @item Ksh
2187 Signed 16 bit integer (in the range -32768 to 32767)
2188
2189 @item Kuh
2190 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2191
2192 @item Ks7
2193 Signed 7 bit integer (in the range -64 to 63)
2194
2195 @item Ku7
2196 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2197
2198 @item Ku5
2199 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2200
2201 @item Ks4
2202 Signed 4 bit integer (in the range -8 to 7)
2203
2204 @item Ks3
2205 Signed 3 bit integer (in the range -3 to 4)
2206
2207 @item Ku3
2208 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2209
2210 @item P@var{n}
2211 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2212
2213 @item M1
2214 Constant 255.
2215
2216 @item M2
2217 Constant 65535.
2218
2219 @item J
2220 An integer constant with exactly a single bit set.
2221
2222 @item L
2223 An integer constant with all bits set except exactly one.
2224
2225 @item H
2226
2227 @item Q
2228 Any SYMBOL_REF.
2229 @end table
2230
2231 @item M32C---@file{m32c.c}
2232
2233 @item Rsp
2234 @itemx Rfb
2235 @itemx Rsb
2236 @samp{$sp}, @samp{$fb}, @samp{$sb}.
2237
2238 @item Rcr
2239 Any control register, when they're 16 bits wide (nothing if control
2240 registers are 24 bits wide)
2241
2242 @item Rcl
2243 Any control register, when they're 24 bits wide.
2244
2245 @item R0w
2246 @itemx R1w
2247 @itemx R2w
2248 @itemx R3w
2249 $r0, $r1, $r2, $r3.
2250
2251 @item R02
2252 $r0 or $r2, or $r2r0 for 32 bit values.
2253
2254 @item R13
2255 $r1 or $r3, or $r3r1 for 32 bit values.
2256
2257 @item Rdi
2258 A register that can hold a 64 bit value.
2259
2260 @item Rhl
2261 $r0 or $r1 (registers with addressable high/low bytes)
2262
2263 @item R23
2264 $r2 or $r3
2265
2266 @item Raa
2267 Address registers
2268
2269 @item Raw
2270 Address registers when they're 16 bits wide.
2271
2272 @item Ral
2273 Address registers when they're 24 bits wide.
2274
2275 @item Rqi
2276 Registers that can hold QI values.
2277
2278 @item Rad
2279 Registers that can be used with displacements ($a0, $a1, $sb).
2280
2281 @item Rsi
2282 Registers that can hold 32 bit values.
2283
2284 @item Rhi
2285 Registers that can hold 16 bit values.
2286
2287 @item Rhc
2288 Registers chat can hold 16 bit values, including all control
2289 registers.
2290
2291 @item Rra
2292 $r0 through R1, plus $a0 and $a1.
2293
2294 @item Rfl
2295 The flags register.
2296
2297 @item Rmm
2298 The memory-based pseudo-registers $mem0 through $mem15.
2299
2300 @item Rpi
2301 Registers that can hold pointers (16 bit registers for r8c, m16c; 24
2302 bit registers for m32cm, m32c).
2303
2304 @item Rpa
2305 Matches multiple registers in a PARALLEL to form a larger register.
2306 Used to match function return values.
2307
2308 @item Is3
2309 -8 @dots{} 7
2310
2311 @item IS1
2312 -128 @dots{} 127
2313
2314 @item IS2
2315 -32768 @dots{} 32767
2316
2317 @item IU2
2318 0 @dots{} 65535
2319
2320 @item In4
2321 -8 @dots{} -1 or 1 @dots{} 8
2322
2323 @item In5
2324 -16 @dots{} -1 or 1 @dots{} 16
2325
2326 @item In4
2327 -8 @dots{} -1 or 1 @dots{} 8
2328
2329 @item IM2
2330 -65536 @dots{} -1
2331
2332 @item Ilb
2333 An 8 bit value with exactly one bit set.
2334
2335 @item Ilw
2336 A 16 bit value with exactly one bit set.
2337
2338 @item Sd
2339 The common src/dest memory addressing modes.
2340
2341 @item Sa
2342 Memory addressed using $a0 or $a1.
2343
2344 @item Si
2345 Memory addressed with immediate addresses.
2346
2347 @item Ss
2348 Memory addressed using the stack pointer ($sp).
2349
2350 @item Sf
2351 Memory addressed using the frame base register ($fb).
2352
2353 @item Ss
2354 Memory addressed using the small base register ($sb).
2355
2356 @item S1
2357 $r1h
2358
2359
2360 @item MIPS---@file{mips.h}
2361 @table @code
2362 @item d
2363 General-purpose integer register
2364
2365 @item f
2366 Floating-point register (if available)
2367
2368 @item h
2369 @samp{Hi} register
2370
2371 @item l
2372 @samp{Lo} register
2373
2374 @item x
2375 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
2376
2377 @item y
2378 General-purpose integer register
2379
2380 @item z
2381 Floating-point status register
2382
2383 @item I
2384 Signed 16-bit constant (for arithmetic instructions)
2385
2386 @item J
2387 Zero
2388
2389 @item K
2390 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
2391
2392 @item L
2393 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
2394
2395 @item M
2396 32-bit constant which requires two instructions to load (a constant
2397 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
2398
2399 @item N
2400 Negative 16-bit constant
2401
2402 @item O
2403 Exact power of two
2404
2405 @item P
2406 Positive 16-bit constant
2407
2408 @item G
2409 Floating point zero
2410
2411 @item Q
2412 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
2413 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
2414
2415 @item R
2416 Memory reference that can be loaded with one instruction
2417 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
2418
2419 @item S
2420 Memory reference in external OSF/rose PIC format
2421 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
2422 @end table
2423
2424 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
2425 @table @code
2426 @item a
2427 Address register
2428
2429 @item d
2430 Data register
2431
2432 @item f
2433 68881 floating-point register, if available
2434
2435 @item I
2436 Integer in the range 1 to 8
2437
2438 @item J
2439 16-bit signed number
2440
2441 @item K
2442 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2443
2444 @item L
2445 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2446
2447 @item M
2448 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2449
2450 @item G
2451 Floating point constant that is not a 68881 constant
2452 @end table
2453
2454 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{m68hc11.h}
2455 @table @code
2456 @item a
2457 Register `a'
2458
2459 @item b
2460 Register `b'
2461
2462 @item d
2463 Register `d'
2464
2465 @item q
2466 An 8-bit register
2467
2468 @item t
2469 Temporary soft register _.tmp
2470
2471 @item u
2472 A soft register _.d1 to _.d31
2473
2474 @item w
2475 Stack pointer register
2476
2477 @item x
2478 Register `x'
2479
2480 @item y
2481 Register `y'
2482
2483 @item z
2484 Pseudo register `z' (replaced by `x' or `y' at the end)
2485
2486 @item A
2487 An address register: x, y or z
2488
2489 @item B
2490 An address register: x or y
2491
2492 @item D
2493 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
2494
2495 @item L
2496 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
2497
2498 @item M
2499 Constants whose 16-bit low part is zero
2500
2501 @item N
2502 Constant integer 1 or @minus{}1
2503
2504 @item O
2505 Constant integer 16
2506
2507 @item P
2508 Constants in the range @minus{}8 to 2
2509
2510 @end table
2511
2512 @need 1000
2513 @item SPARC---@file{sparc.h}
2514 @table @code
2515 @item f
2516 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
2517 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
2518
2519 @item e
2520 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
2521 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
2522 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
2523
2524 @item c
2525 Floating-point condition code register.
2526
2527 @item d
2528 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
2529 architecture when the Visual Instruction Set is available.
2530
2531 @item b
2532 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
2533 when the Visual Instruction Set is available.
2534
2535 @item h
2536 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
2537
2538 @item I
2539 Signed 13-bit constant
2540
2541 @item J
2542 Zero
2543
2544 @item K
2545 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2546 loaded with the @code{sethi} instruction)
2547
2548 @item L
2549 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2550
2551 @item M
2552 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2553
2554 @item N
2555 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2556 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2557 modes wider than @code{SImode}
2558
2559 @item O
2560 The constant 4096
2561
2562 @item G
2563 Floating-point zero
2564
2565 @item H
2566 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2567
2568 @item Q
2569 Floating-point constant whose integral representation can
2570 be moved into an integer register using a single sethi
2571 instruction
2572
2573 @item R
2574 Floating-point constant whose integral representation can
2575 be moved into an integer register using a single mov
2576 instruction
2577
2578 @item S
2579 Floating-point constant whose integral representation can
2580 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2581 instruction sequence
2582
2583 @item T
2584 Memory address aligned to an 8-byte boundary
2585
2586 @item U
2587 Even register
2588
2589 @item W
2590 Memory address for @samp{e} constraint registers
2591
2592 @item Y
2593 Vector zero
2594
2595 @end table
2596
2597 @item TMS320C3x/C4x---@file{c4x.h}
2598 @table @code
2599 @item a
2600 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
2601
2602 @item b
2603 Stack pointer register (sp)
2604
2605 @item c
2606 Standard (32-bit) precision integer register
2607
2608 @item f
2609 Extended (40-bit) precision register (r0-r11)
2610
2611 @item k
2612 Block count register (bk)
2613
2614 @item q
2615 Extended (40-bit) precision low register (r0-r7)
2616
2617 @item t
2618 Extended (40-bit) precision register (r0-r1)
2619
2620 @item u
2621 Extended (40-bit) precision register (r2-r3)
2622
2623 @item v
2624 Repeat count register (rc)
2625
2626 @item x
2627 Index register (ir0-ir1)
2628
2629 @item y
2630 Status (condition code) register (st)
2631
2632 @item z
2633 Data page register (dp)
2634
2635 @item G
2636 Floating-point zero
2637
2638 @item H
2639 Immediate 16-bit floating-point constant
2640
2641 @item I
2642 Signed 16-bit constant
2643
2644 @item J
2645 Signed 8-bit constant
2646
2647 @item K
2648 Signed 5-bit constant
2649
2650 @item L
2651 Unsigned 16-bit constant
2652
2653 @item M
2654 Unsigned 8-bit constant
2655
2656 @item N
2657 Ones complement of unsigned 16-bit constant
2658
2659 @item O
2660 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero)
2661
2662 @item Q
2663 Indirect memory reference with signed 8-bit or index register displacement
2664
2665 @item R
2666 Indirect memory reference with unsigned 5-bit displacement
2667
2668 @item S
2669 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement
2670
2671 @item T
2672 Direct memory reference
2673
2674 @item U
2675 Symbolic address
2676
2677 @end table
2678
2679 @item S/390 and zSeries---@file{s390.h}
2680 @table @code
2681 @item a
2682 Address register (general purpose register except r0)
2683
2684 @item c
2685 Condition code register
2686
2687 @item d
2688 Data register (arbitrary general purpose register)
2689
2690 @item f
2691 Floating-point register
2692
2693 @item I
2694 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2695
2696 @item J
2697 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2698
2699 @item K
2700 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2701
2702 @item L
2703 Value appropriate as displacement.
2704 @table @code
2705        @item (0..4095)
2706        for short displacement
2707        @item (-524288..524287)
2708        for long displacement
2709 @end table
2710
2711 @item M
2712 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
2713
2714 @item N
2715 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
2716 @table @code
2717          @item 0..9:
2718          number of the part counting from most to least significant
2719          @item H,Q:
2720          mode of the part
2721          @item D,S,H:
2722          mode of the containing operand
2723          @item 0,F:
2724          value of the other parts (F---all bits set)
2725 @end table
2726 The constraint matches if the specified part of a constant
2727 has a value different from it's other parts.
2728
2729 @item Q
2730 Memory reference without index register and with short displacement.
2731
2732 @item R
2733 Memory reference with index register and short displacement.
2734
2735 @item S
2736 Memory reference without index register but with long displacement.
2737
2738 @item T
2739 Memory reference with index register and long displacement.
2740
2741 @item U
2742 Pointer with short displacement.
2743
2744 @item W
2745 Pointer with long displacement.
2746
2747 @item Y
2748 Shift count operand.
2749
2750 @end table
2751
2752 @item Xstormy16---@file{stormy16.h}
2753 @table @code
2754 @item a
2755 Register r0.
2756
2757 @item b
2758 Register r1.
2759
2760 @item c
2761 Register r2.
2762
2763 @item d
2764 Register r8.
2765
2766 @item e
2767 Registers r0 through r7.
2768
2769 @item t
2770 Registers r0 and r1.
2771
2772 @item y
2773 The carry register.
2774
2775 @item z
2776 Registers r8 and r9.
2777
2778 @item I
2779 A constant between 0 and 3 inclusive.
2780
2781 @item J
2782 A constant that has exactly one bit set.
2783
2784 @item K
2785 A constant that has exactly one bit clear.
2786
2787 @item L
2788 A constant between 0 and 255 inclusive.
2789
2790 @item M
2791 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
2792
2793 @item N
2794 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
2795
2796 @item O
2797 A constant between 1 and 4 inclusive.
2798
2799 @item P
2800 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
2801
2802 @item Q
2803 A memory reference that is a stack push.
2804
2805 @item R
2806 A memory reference that is a stack pop.
2807
2808 @item S
2809 A memory reference that refers to a constant address of known value.
2810
2811 @item T
2812 The register indicated by Rx (not implemented yet).
2813
2814 @item U
2815 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
2816
2817 @item Z
2818 The constant 0.
2819
2820 @end table
2821
2822 @item Xtensa---@file{xtensa.h}
2823 @table @code
2824 @item a
2825 General-purpose 32-bit register
2826
2827 @item b
2828 One-bit boolean register
2829
2830 @item A
2831 MAC16 40-bit accumulator register
2832
2833 @item I
2834 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
2835
2836 @item J
2837 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
2838
2839 @item K
2840 Integer constant valid for BccI instructions
2841
2842 @item L
2843 Unsigned constant valid for BccUI instructions
2844
2845 @end table
2846
2847 @end table
2848
2849 @ifset INTERNALS
2850 @node Standard Names
2851 @section Standard Pattern Names For Generation
2852 @cindex standard pattern names
2853 @cindex pattern names
2854 @cindex names, pattern
2855
2856 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
2857 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
2858 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
2859 pattern to accomplish a certain task.
2860
2861 @table @asis
2862 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
2863 @item @samp{mov@var{m}}
2864 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
2865 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
2866 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
2867
2868 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
2869 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
2870 to store the specified value in the part of the register that corresponds
2871 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
2872 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
2873 outside the target word are left unchanged.
2874
2875 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
2876 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
2877 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
2878 If there are patterns accepting operands in larger modes,
2879 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
2880
2881 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
2882 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
2883 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
2884 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
2885 into a register.
2886
2887 @findex force_reg
2888 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
2889 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
2890 registers other than the operands.  For example, if you support the
2891 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
2892 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
2893 function which might generate new pseudo registers.
2894
2895 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
2896 fetching those modes from memory normally requires several insns and
2897 some temporary registers.
2898
2899 @findex change_address
2900 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
2901 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
2902 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
2903 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
2904 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
2905 an address into a valid address and no routine (such as
2906 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
2907 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
2908
2909 @findex reload_in_progress
2910 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
2911 declared if required) can be used to determine whether such special
2912 handling is required.
2913
2914 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
2915 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
2916 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
2917 machines explicit memory references will get optional reloads.
2918
2919 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
2920 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
2921
2922 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
2923 you must provide an appropriate secondary_reload target hook.
2924
2925 @findex no_new_pseudos
2926 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
2927 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
2928 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
2929
2930 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
2931 register to any other hard register provided that
2932 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
2933 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
2934
2935 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
2936 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
2937 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
2938 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
2939 point members.
2940
2941 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
2942 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
2943 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
2944 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
2945 floating point registers, then the constraints of the fixed point
2946 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
2947 reload into a floating point register.
2948
2949 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
2950 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
2951 @item @samp{reload_in@var{m}}
2952 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
2953 These named patterns have been obsoleted by the target hook
2954 @code{secondary_reload}.
2955
2956 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
2957 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
2958 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
2959 macro in @pxref{Register Classes}.
2960
2961 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
2962 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
2963 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
2964 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
2965 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
2966 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
2967 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
2968 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
2969 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
2970 for these patterns.
2971
2972 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
2973 @item @samp{movstrict@var{m}}
2974 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
2975 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
2976 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
2977 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
2978
2979 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
2980 @item @samp{movmisalign@var{m}}
2981 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
2982 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
2983 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
2984 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
2985 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
2986
2987 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
2988 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
2989
2990 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
2991 @item @samp{load_multiple}
2992 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
2993 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
2994 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
2995 number of consecutive registers.
2996
2997 Define this only if the target machine really has such an instruction;
2998 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
2999 registers from memory is to do them one at a time.
3000
3001 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
3002 registers can be stored into memory, such as particular starting or
3003 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
3004 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3005 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
3006
3007 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
3008 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
3009 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
3010 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
3011 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
3012
3013 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
3014 @item @samp{store_multiple}
3015 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
3016 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
3017 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
3018 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
3019
3020 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
3021 @item @samp{vec_set@var{m}}
3022 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
3023 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
3024
3025 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
3026 @item @samp{vec_extract@var{m}}
3027 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
3028 specify field index and operand 0 place to store value into.
3029
3030 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
3031 @item @samp{vec_init@var{m}}
3032 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
3033 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
3034
3035 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
3036 @item @samp{push@var{m}1}
3037 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
3038 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
3039 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
3040 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
3041 method is deprecated.
3042
3043 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
3044 @item @samp{add@var{m}3}
3045 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
3046 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
3047 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
3048
3049 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
3050 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
3051 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
3052 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
3053 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
3054 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
3055 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
3056 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
3057 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
3058 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
3059 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
3060 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
3061 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}
3062 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
3063 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
3064 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
3065 Similar, for other arithmetic operations.
3066
3067 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
3068 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
3069 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
3070 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
3071 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
3072 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
3073
3074 @cindex @code{reduc_smin_@var{m}} instruction pattern
3075 @cindex @code{reduc_smax_@var{m}} instruction pattern
3076 @item @samp{reduc_smin_@var{m}}, @samp{reduc_smax_@var{m}}
3077 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3078 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3079 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3080 modes.
3081
3082 @cindex @code{reduc_umin_@var{m}} instruction pattern
3083 @cindex @code{reduc_umax_@var{m}} instruction pattern
3084 @item @samp{reduc_umin_@var{m}}, @samp{reduc_umax_@var{m}}
3085 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3086 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3087 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3088 modes.
3089
3090 @cindex @code{reduc_splus_@var{m}} instruction pattern
3091 @item @samp{reduc_splus_@var{m}}
3092 Compute the sum of the signed elements of a vector. The vector is operand 1,
3093 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3094 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3095
3096 @cindex @code{reduc_uplus_@var{m}} instruction pattern
3097 @item @samp{reduc_uplus_@var{m}}
3098 Compute the sum of the unsigned elements of a vector. The vector is operand 1,
3099 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3100 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3101
3102 @cindex @code{vec_shl_@var{m}} instruction pattern
3103 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
3104 @item @samp{vec_shl_@var{m}}, @samp{vec_shr_@var{m}}
3105 Whole vector left/right shift in bits.
3106 Operand 1 is a vector to be shifted.
3107 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
3108 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
3109 The output and input vectors should have the same modes.
3110
3111 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
3112 @item @samp{mulhisi3}
3113 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
3114 a @code{SImode} product in operand 0.
3115
3116 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
3117 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
3118 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
3119 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
3120
3121 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
3122 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
3123 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
3124 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
3125 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
3126 multiplication.
3127
3128 @cindex @code{usmulqihi3} instruction pattern
3129 @cindex @code{usmulhisi3} instruction pattern
3130 @cindex @code{usmulsidi3} instruction pattern
3131 @item @samp{usmulqihi3}, @samp{usmulhisi3}, @samp{usmulsidi3}
3132 Similar widening-multiplication instructions that interpret the first
3133 operand as unsigned and the second operand as signed, then do a signed
3134 multiplication.
3135
3136 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
3137 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
3138 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
3139 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
3140 The least significant half of the product is discarded.
3141
3142 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
3143 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
3144 Similar, but the multiplication is unsigned.
3145
3146 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
3147 @item @samp{divmod@var{m}4}
3148 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
3149 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
3150 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
3151
3152 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
3153 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
3154 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
3155 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
3156 and remainder are computed.
3157
3158 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
3159 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
3160 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
3161 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
3162 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
3163
3164 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
3165 @item @samp{udivmod@var{m}4}
3166 Similar, but does unsigned division.
3167
3168 @anchor{shift patterns}
3169 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
3170 @item @samp{ashl@var{m}3}
3171 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
3172 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
3173 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
3174 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
3175 mode before generating the instruction.  The meaning of out-of-range shift
3176 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
3177 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
3178
3179 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
3180 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
3181 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
3182 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
3183 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
3184 Other shift and rotate instructions, analogous to the
3185 @code{ashl@var{m}3} instructions.
3186
3187 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
3188 @item @samp{neg@var{m}2}
3189 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
3190
3191 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
3192 @item @samp{abs@var{m}2}
3193 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
3194
3195 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
3196 @item @samp{sqrt@var{m}2}
3197 Store the square root of operand 1 into operand 0.
3198
3199 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
3200 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
3201 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3202 type @code{float}.
3203
3204 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
3205 @item @samp{cos@var{m}2}
3206 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
3207
3208 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
3209 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
3210 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3211 type @code{float}.
3212
3213 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
3214 @item @samp{sin@var{m}2}
3215 Store the sine of operand 1 into operand 0.
3216
3217 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
3218 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
3219 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3220 type @code{float}.
3221
3222 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
3223 @item @samp{exp@var{m}2}
3224 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
3225
3226 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
3227 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
3228 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3229 type @code{float}.
3230
3231 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
3232 @item @samp{log@var{m}2}
3233 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
3234
3235 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
3236 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
3237 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3238 type @code{float}.
3239
3240 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
3241 @item @samp{pow@var{m}3}
3242 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
3243 into operand 0.
3244
3245 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
3246 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
3247 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3248 type @code{float}.
3249
3250 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
3251 @item @samp{atan2@var{m}3}
3252 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
3253 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
3254 determine the quadrant of the result.
3255
3256 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
3257 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
3258 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3259 type @code{float}.
3260
3261 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
3262 @item @samp{floor@var{m}2}
3263 Store the largest integral value not greater than argument.
3264
3265 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
3266 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
3267 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3268 type @code{float}.
3269
3270 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
3271 @item @samp{btrunc@var{m}2}
3272 Store the argument rounded to integer towards zero.
3273
3274 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
3275 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
3276 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3277 type @code{float}.
3278
3279 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
3280 @item @samp{round@var{m}2}
3281 Store the argument rounded to integer away from zero.
3282
3283 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
3284 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
3285 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3286 type @code{float}.
3287
3288 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
3289 @item @samp{ceil@var{m}2}
3290 Store the argument rounded to integer away from zero.
3291
3292 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
3293 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
3294 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3295 type @code{float}.
3296
3297 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
3298 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
3299 Store the argument rounded according to the default rounding mode
3300
3301 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
3302 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
3303 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3304 type @code{float}.
3305
3306 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
3307 @item @samp{rint@var{m}2}
3308 Store the argument rounded according to the default rounding mode and
3309 raise the inexact exception when the result differs in value from
3310 the argument
3311
3312 The @code{rint} built-in function of C always uses the mode which
3313 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{rintf}
3314 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3315 type @code{float}.
3316
3317 @cindex @code{copysign@var{m}3} instruction pattern
3318 @item @samp{copysign@var{m}3}
3319 Store a value with the magnitude of operand 1 and the sign of operand
3320 2 into operand 0.
3321
3322 The @code{copysign} built-in function of C always uses the mode which
3323 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{copysignf}
3324 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3325 type @code{float}.
3326
3327 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
3328 @item @samp{ffs@var{m}2}
3329 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
3330 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
3331 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
3332 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
3333 generating the instruction.
3334
3335 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
3336 corresponds to the C data type @code{int}.
3337
3338 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
3339 @item @samp{clz@var{m}2}
3340 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
3341 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
3342 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
3343 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
3344 operand to that mode before generating the instruction.
3345
3346 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
3347 @item @samp{ctz@var{m}2}
3348 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
3349 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
3350 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
3351 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
3352 operand to that mode before generating the instruction.
3353
3354 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
3355 @item @samp{popcount@var{m}2}
3356 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
3357 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
3358 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
3359 generating the instruction.
3360
3361 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
3362 @item @samp{parity@var{m}2}
3363 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.e.@: the number of 1-bits
3364 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
3365 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
3366 the operand to that mode before generating the instruction.
3367
3368 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
3369 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
3370 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
3371
3372 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
3373 @item @samp{cmp@var{m}}
3374 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
3375 The RTL pattern should look like this:
3376
3377 @smallexample
3378 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3379                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
3380 @end smallexample
3381
3382 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
3383 @item @samp{tst@var{m}}
3384 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
3385 The RTL pattern should look like this:
3386
3387 @smallexample
3388 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
3389 @end smallexample
3390
3391 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
3392 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
3393 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
3394 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
3395
3396 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
3397 @item @samp{movmem@var{m}}
3398 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
3399 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
3400 address in mode @code{Pmode}.
3401
3402 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
3403 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
3404 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
3405 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
3406 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
3407 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
3408 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
3409
3410 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
3411 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
3412 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
3413 it may provide the value 4 for this operand.
3414
3415 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
3416 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
3417 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
3418 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
3419 individually moved data units in the block.
3420
3421 These patterns need not give special consideration to the possibility
3422 that the source and destination strings might overlap.
3423
3424 @cindex @code{movstr} instruction pattern
3425 @item @samp{movstr}
3426 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
3427 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
3428 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
3429 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
3430 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
3431 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
3432
3433 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
3434 @item @samp{setmem@var{m}}
3435 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
3436 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
3437 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
3438 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
3439 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
3440 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
3441
3442 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
3443 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
3444 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
3445 operand.
3446
3447 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
3448
3449 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
3450 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
3451 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
3452 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
3453 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
3454 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
3455 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
3456 at a time since either string may end in the first byte and reading past
3457 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
3458 effect of the instruction is to store a value in operand 0 whose sign
3459 indicates the result of the comparison.
3460
3461 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
3462 @item @samp{cmpstr@var{m}}
3463 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
3464 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
3465 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
3466 @code{Pmode}.
3467
3468 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
3469 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
3470 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
3471 it may provide the value 4 for this operand.
3472
3473 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
3474 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
3475 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
3476 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
3477 cause a fault.  The effect of the instruction is to store a value in operand 0
3478 whose sign indicates the result of the comparison.
3479
3480 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
3481 @item @samp{cmpmem@var{m}}
3482 Block compare instruction, with five operands like the operands
3483 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
3484 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
3485 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
3486 any bytes in the two memory blocks.  The effect of the instruction is
3487 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
3488 comparison.
3489
3490 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
3491 @item @samp{strlen@var{m}}
3492 Compute the length of a string, with three operands.
3493 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
3494 a @code{mem} referring to the first character of the string,
3495 operand 2 is the character to search for (normally zero),
3496 and operand 3 is a constant describing the known alignment
3497 of the beginning of the string.
3498
3499 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
3500 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
3501 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
3502 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
3503 @var{n}).
3504
3505 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
3506 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
3507 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
3508 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
3509 @var{n}).
3510
3511 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
3512 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
3513 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3514 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
3515 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
3516 the value of operand 1 is an integer.
3517
3518 If the machine description defines this pattern, it also needs to
3519 define the @code{ftrunc} pattern.
3520
3521 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
3522 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
3523 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3524 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
3525 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
3526 value of operand 1 is an integer.
3527
3528 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
3529 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
3530 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
3531 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
3532 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
3533
3534 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
3535 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
3536 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
3537 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
3538
3539 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
3540 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
3541 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
3542 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
3543
3544 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
3545 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
3546 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
3547 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
3548 point or both floating point.
3549
3550 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
3551 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
3552 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
3553 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
3554 point or both floating point.
3555
3556 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
3557 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
3558 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
3559 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
3560 point.
3561
3562 @cindex @code{extv} instruction pattern
3563 @item @samp{extv}
3564 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
3565 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
3566 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
3567 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
3568 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
3569 be valid for @code{word_mode}.
3570
3571 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
3572 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
3573
3574 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
3575 before it is stored in operand 0.
3576
3577 @cindex @code{extzv} instruction pattern
3578 @item @samp{extzv}
3579 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
3580
3581 @cindex @code{insv} instruction pattern
3582 @item @samp{insv}
3583 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
3584 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
3585 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
3586 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
3587 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
3588
3589 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
3590 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
3591
3592 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
3593 @item @samp{mov@var{mode}cc}
3594 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
3595 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
3596 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
3597
3598 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
3599 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
3600 conditionally move an integer value based on the floating point condition
3601 codes and vice versa.
3602
3603 If the machine does not have conditional move instructions, do not
3604 define these patterns.
3605
3606 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
3607 @item @samp{add@var{mode}cc}
3608 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
3609 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
3610 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
3611 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
3612
3613 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
3614 @item @samp{s@var{cond}}
3615 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
3616 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
3617 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
3618 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
3619
3620 You specify the mode that the operand must have when you write the
3621 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
3622 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
3623
3624 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
3625 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
3626 you should omit it from the machine description.  You describe to the
3627 compiler exactly which value is stored by defining the macro
3628 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
3629 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
3630 should omit those operations from the machine description.
3631
3632 These operations may fail, but should do so only in relatively
3633 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
3634 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
3635
3636 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
3637 that copies the constant one to the target and branches around an
3638 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
3639 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
3640 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
3641 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
3642 the machine description.
3643
3644 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
3645 @item @samp{b@var{cond}}
3646 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
3647 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
3648 condition @var{cond}.
3649
3650 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
3651 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
3652 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
3653 simply store the operands away and generate all the required insns in a
3654 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
3655 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
3656 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
3657 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
3658
3659 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
3660 where the mode used for the comparison depends on the condition being
3661 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
3662
3663 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
3664 @samp{s@var{cond}} patterns.
3665
3666 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
3667 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
3668 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
3669 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
3670 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
3671 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
3672
3673 @cindex @code{jump} instruction pattern
3674 @item @samp{jump}
3675 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
3676 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
3677 on all machines.
3678
3679 @cindex @code{call} instruction pattern
3680 @item @samp{call}
3681 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
3682 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
3683 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
3684 operands.
3685
3686 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
3687 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
3688 to put this information into the assembler code; they can put it in
3689 the RTL instead of operand 1.
3690
3691 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
3692 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
3693 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
3694 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
3695 instruction, the pattern for this operation should be a
3696 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
3697 address into a register and uses that register in the call instruction.
3698
3699 @cindex @code{call_value} instruction pattern
3700 @item @samp{call_value}
3701 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
3702 register in which the value is returned.  There are three more
3703 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
3704 instruction (but with numbers increased by one).
3705
3706 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
3707 insn.
3708
3709 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
3710 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
3711 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
3712 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
3713 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
3714 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
3715 adjustment made to the frame pointer.
3716
3717 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
3718 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
3719 can be eliminated, if desired.
3720
3721 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
3722 @item @samp{untyped_call}
3723 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
3724 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
3725 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
3726 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3727 the saving of a function return value into the result block.
3728
3729 This instruction pattern should be defined to support
3730 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
3731 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
3732 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
3733 multiple registers that can hold a return value
3734 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
3735
3736 @cindex @code{return} instruction pattern
3737 @item @samp{return}
3738 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
3739 defined only if a single instruction can do all the work of returning
3740 from a function.
3741
3742 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
3743 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
3744 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
3745 some class of functions only requires one instruction to implement a
3746 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
3747 to save any registers or allocate stack space.
3748
3749 @findex reload_completed
3750 @findex leaf_function_p
3751 For such machines, the condition specified in this pattern should only
3752 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
3753 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
3754 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
3755 a register window push is required.
3756
3757 Machines that have conditional return instructions should define patterns
3758 such as
3759
3760 @smallexample
3761 (define_insn ""
3762   [(set (pc)
3763         (if_then_else (match_operator
3764                          0 "comparison_operator"
3765                          [(cc0) (const_int 0)])
3766                       (return)
3767                       (pc)))]
3768   "@var{condition}"
3769   "@dots{}")
3770 @end smallexample
3771
3772 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
3773 named @samp{return} pattern.
3774
3775 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
3776 @item @samp{untyped_return}
3777 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
3778 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
3779 instructions are needed to return a value of any type.
3780
3781 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
3782 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
3783 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3784 the restoring of a function return value from the result block.
3785
3786 @cindex @code{nop} instruction pattern
3787 @item @samp{nop}
3788 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
3789 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
3790 RTL pattern.
3791
3792 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
3793 @item @samp{indirect_jump}
3794 An instruction to jump to an address which is operand zero.
3795 This pattern name is mandatory on all machines.
3796
3797 @cindex @code{casesi} instruction pattern
3798 @item @samp{casesi}
3799 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
3800 This instruction takes five operands:
3801
3802 @enumerate
3803 @item
3804 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
3805
3806 @item
3807 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
3808
3809 @item
3810 The total range of indices in the table---the largest index
3811 minus the smallest one (both inclusive).
3812
3813 @item
3814 A label that precedes the table itself.
3815
3816 @item
3817 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
3818 @end enumerate
3819
3820 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
3821 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
3822 difference between the upper bound and the lower bound.
3823
3824 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
3825 @item @samp{tablejump}
3826 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
3827 capability which can be used to implement a dispatch table when there
3828 is no @samp{casesi} pattern.
3829
3830 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
3831 which should immediately precede the jump table.  If the macro
3832 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
3833 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
3834 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
3835 mode @code{Pmode}.
3836
3837 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
3838 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
3839 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
3840 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
3841
3842
3843 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
3844 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
3845 Conditional branch instruction that decrements a register and
3846 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
3847 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
3848 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
3849
3850 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
3851 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
3852 reduction is enabled.
3853
3854 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
3855 @item @samp{doloop_end}
3856 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
3857 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
3858 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
3859 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
3860 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
3861 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
3862 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
3863 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
3864 @xref{Looping Patterns}.
3865
3866 This optional instruction pattern should be defined for machines with
3867 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
3868 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
3869 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3870 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
3871 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
3872 too large for this instruction, make it fail.
3873
3874 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
3875 @item @samp{doloop_begin}
3876 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
3877 need to perform some initialization, such as loading special registers
3878 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
3879 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
3880 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
3881
3882
3883 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
3884 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
3885 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
3886 into operand 0.
3887
3888 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
3889 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
3890 and also has mode @code{Pmode}.
3891
3892 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
3893 the address of the function which would be called if the function
3894 pointer were used in an indirect call.
3895
3896 Only define this pattern if function pointers on the target machine
3897 can have different values but still call the same function when
3898 used in an indirect call.
3899
3900 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
3901 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
3902 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
3903 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
3904 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
3905 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
3906 @item @samp{save_stack_block}
3907 @itemx @samp{save_stack_function}
3908 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
3909 @itemx @samp{restore_stack_block}
3910 @itemx @samp{restore_stack_function}
3911 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
3912 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
3913 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
3914 such machines.
3915
3916 Some machines require special handling for stack pointer saves and
3917 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
3918 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
3919 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
3920 saves and restores are:
3921
3922 @enumerate
3923 @item
3924 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
3925 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
3926 restores the stack pointer when the block is exited.
3927
3928 @item
3929 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
3930 similar job for the outermost block of a function and are used when the
3931 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
3932 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
3933 restore sequence on some machines.
3934
3935 @item
3936 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
3937 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
3938 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
3939 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
3940 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
3941 and restoring additional data such as register window information or
3942 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
3943 such required data.
3944 @end enumerate
3945
3946 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
3947 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
3948 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
3949 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
3950 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
3951 for a particular type of save (either because no save is needed or
3952 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
3953 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
3954 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
3955 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
3956
3957 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
3958 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
3959 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
3960
3961 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
3962 @item @samp{allocate_stack}
3963 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
3964 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
3965
3966 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
3967 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
3968 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
3969 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
3970 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
3971 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
3972 stack is free.
3973
3974 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
3975 Some machines require other operations such as stack probes or
3976 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
3977 operations in addition to updating the stack pointer.
3978
3979 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
3980 @item @samp{check_stack}
3981 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
3982 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
3983 to perform the needed check and signaling an error if the stack
3984 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
3985 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
3986 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
3987 limit from a global or thread-specific variable or register.
3988
3989 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
3990 @item @samp{nonlocal_goto}
3991 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
3992 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
3993 each representing a value to be used in the jump.  The first
3994 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
3995 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
3996 the third is the address of a location where the stack is saved,
3997 and the last is the address of the label, to be placed in the
3998 location for the incoming static chain.
3999
4000 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
4001 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
4002 and static chain, restore the stack (using the
4003 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
4004 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
4005 not work on your machine.
4006
4007 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
4008 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
4009 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
4010 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
4011 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
4012 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
4013 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
4014 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
4015 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
4016 There are no arguments.
4017
4018 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
4019 @item @samp{exception_receiver}
4020 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
4021 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
4022 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
4023 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
4024 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
4025 an exception.  There are no arguments.
4026
4027 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
4028 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
4029 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
4030 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
4031 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
4032 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
4033 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
4034 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
4035 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
4036 the first three are normally used by the generic mechanism.
4037
4038 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
4039 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
4040 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
4041 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
4042 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
4043 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
4044 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
4045 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
4046 at a small offset from that label.
4047
4048 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
4049 @item @samp{builtin_longjmp}
4050 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
4051 You will not normally need to define this pattern unless you also define
4052 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
4053 @code{jmp_buf}.
4054
4055 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
4056 @item @samp{eh_return}
4057 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
4058 and thence the call frame exception handling library routines, are
4059 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
4060 the abnormal return path.
4061
4062 The address of the exception handler to which the function should return
4063 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
4064 the pattern to some special register or memory location.
4065 If the pattern needs to determine the location of the target call
4066 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
4067 if defined; it will have already been assigned.
4068
4069 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
4070 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
4071 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
4072 handling is to be used.
4073
4074 @cindex @code{prologue} instruction pattern
4075 @anchor{prologue instruction pattern}
4076 @item @samp{prologue}
4077 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
4078 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
4079 pointer register, saving callee saved registers, etc.
4080
4081 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
4082 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
4083
4084 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
4085 instruction scheduling.
4086
4087 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
4088 @anchor{epilogue instruction pattern}
4089 @item @samp{epilogue}
4090 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
4091 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
4092 registers and emitting the return instruction.
4093
4094 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
4095 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
4096
4097 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
4098 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
4099
4100 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
4101 @item @samp{sibcall_epilogue}
4102 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
4103 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
4104 sibling call (aka tail call) sites.
4105
4106 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
4107 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
4108 function.
4109
4110 @cindex @code{trap} instruction pattern
4111 @item @samp{trap}
4112 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
4113 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
4114 front end to signal `invalid array index' exceptions.
4115
4116 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
4117 @item @samp{conditional_trap}
4118 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
4119 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
4120
4121 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
4122
4123 @smallexample
4124 (define_insn "conditional_trap"
4125   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
4126              [(cc0) (const_int 0)])
4127             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
4128   ""
4129   "@dots{}")
4130 @end smallexample
4131
4132 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
4133 @item @samp{prefetch}
4134
4135 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
4136 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
4137 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
4138 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
4139 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
4140 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
4141 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
4142 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
4143 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
4144
4145 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
4146 the values of operands 1 and 2.
4147
4148 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
4149 @item @samp{memory_barrier}
4150
4151 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
4152 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
4153 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
4154 This pattern has no operands.
4155
4156 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
4157 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
4158
4159 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
4160 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
4161 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
4162 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
4163 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
4164 of the operation; it should contain the contents of the memory
4165 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
4166 a copy of operand 2.
4167
4168 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
4169
4170 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
4171 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
4172 operation and all memory operations after the atomic operation occur
4173 after the atomic operation.
4174
4175 @cindex @code{sync_compare_and_swap_cc@var{mode}} instruction pattern
4176 @item @samp{sync_compare_and_swap_cc@var{mode}}
4177
4178 This pattern is just like @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}, except
4179 it should act as if compare part of the compare-and-swap were issued via
4180 @code{cmp@var{m}}.  This comparison will only be used with @code{EQ} and
4181 @code{NE} branches and @code{setcc} operations.
4182
4183 Some targets do expose the success or failure of the compare-and-swap
4184 operation via the status flags.  Ideally we wouldn't need a separate
4185 named pattern in order to take advantage of this, but the combine pass
4186 does not handle patterns with multiple sets, which is required by
4187 definition for @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}.
4188
4189 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
4190 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
4191 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
4192 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
4193 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
4194 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
4195 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
4196 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
4197 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
4198
4199 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
4200 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
4201 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
4202
4203 The ``nand'' operation is @code{~op0 & op1}.
4204
4205 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
4206 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
4207 operation and all memory operations after the atomic operation occur
4208 after the atomic operation.
4209
4210 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
4211 from a compare-and-swap operation, if defined.
4212
4213 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
4214 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
4215 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
4216 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
4217 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
4218 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
4219 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
4220 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
4221 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
4222
4223 These patterns are emit code for an atomic operation on memory,
4224 and return the value that the memory contained before the operation.
4225 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
4226 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
4227 to the binary operator.
4228
4229 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
4230 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
4231 operation and all memory operations after the atomic operation occur
4232 after the atomic operation.
4233
4234 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
4235 from a compare-and-swap operation, if defined.
4236
4237 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
4238 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
4239 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
4240 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
4241 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
4242 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
4243 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
4244 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
4245 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
4246
4247 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
4248 except that they return the value that exists in the memory location
4249 after the operation, rather than before the operation.
4250
4251 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
4252 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
4253
4254 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
4255 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
4256 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
4257 is the value to set in the lock.
4258
4259 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
4260 which the previous value in memory operand is copied into the result
4261 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
4262
4263 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
4264 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
4265 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
4266 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
4267 The true contents of the memory operand are implementation defined.
4268
4269 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
4270 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
4271 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
4272
4273 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
4274 a compare-and-swap operation, if defined.
4275
4276 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
4277 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
4278
4279 This pattern, if defined, releases a lock set by
4280 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
4281 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
4282
4283 If the target doesn't implement full semantics for
4284 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
4285 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
4286 of the memory operand are implementation defined.
4287
4288 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
4289 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
4290 released only after all previous memory operations have completed.
4291
4292 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
4293 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
4294
4295 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
4296 @item @samp{stack_protect_set}
4297
4298 This pattern, if defined, moves a @code{Pmode} value from the memory
4299 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
4300 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
4301 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
4302 having clobbered it.
4303
4304 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
4305
4306 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
4307 @item @samp{stack_protect_test}
4308
4309 This pattern, if defined, compares a @code{Pmode} value from the
4310 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
4311 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
4312 weren't equal.
4313
4314 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
4315 conditional branch pattern is used.
4316
4317 @end table
4318
4319 @end ifset
4320 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
4321 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
4322 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
4323 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
4324 @ifset INTERNALS
4325 @node Pattern Ordering
4326 @section When the Order of Patterns Matters
4327 @cindex Pattern Ordering
4328 @cindex Ordering of Patterns
4329
4330 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
4331 pattern that appears first in the machine description is the one used.
4332 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
4333 and faster instructions (those that will produce better code when they
4334 do match) should usually go first in the description.
4335
4336 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
4337 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
4338 instruction for converting a fullword to floating point and another
4339 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
4340 an integer to floating point could match either one.  We put the
4341 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
4342 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
4343 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
4344 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
4345 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
4346 constant value.
4347
4348 @end ifset
4349 @ifset INTERNALS
4350 @node Dependent Patterns
4351 @section Interdependence of Patterns
4352 @cindex Dependent Patterns
4353 @cindex Interdependence of Patterns
4354
4355 Every machine description must have a named pattern for each of the
4356 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
4357 must always have the form
4358
4359 @smallexample
4360 (set (pc)
4361      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
4362                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
4363                    (pc)))
4364 @end smallexample
4365
4366 @noindent
4367 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
4368 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
4369 look like
4370
4371 @smallexample
4372 (set (pc)
4373      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
4374                    (pc)
4375                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
4376 @end smallexample
4377
4378 @noindent
4379 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
4380 branches into reverse-conditional branches.
4381
4382 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
4383 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
4384 example,
4385
4386 @smallexample
4387 (define_insn ""
4388   [(set (pc)
4389         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
4390                                       [(cc0) (const_int 0)])
4391                       (pc)
4392                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
4393   "@var{condition}"
4394   "@dots{}")
4395 @end smallexample
4396
4397 In some cases machines support instructions identical except for the
4398 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
4399 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
4400 patterns are
4401
4402 @smallexample
4403 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
4404      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
4405
4406 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
4407      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
4408 @end smallexample
4409
4410 @noindent
4411 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
4412 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
4413 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
4414 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
4415 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
4416 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
4417
4418 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
4419 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
4420 compilations.
4421
4422 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
4423 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
4424 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
4425 you should not provide separate patterns for increment and decrement
4426 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
4427 that supports register-register add insns by examining the operands and
4428 generating the appropriate machine instruction.
4429
4430 @end ifset
4431 @ifset INTERNALS
4432 @node Jump Patterns
4433 @section Defining Jump Instruction Patterns
4434 @cindex jump instruction patterns
4435 @cindex defining jump instruction patterns
4436
4437 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
4438 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
4439 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
4440 insn tests the condition code and branches or not according its value.
4441 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
4442 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
4443 way.
4444
4445 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
4446 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
4447 these machines is to treat them just like the others until the final stage
4448 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
4449 compare instruction, peek ahead at the following branch using
4450 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
4451 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
4452 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
4453 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
4454 can treat signed and unsigned branches identically.
4455
4456 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
4457 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
4458 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
4459 until the end.
4460
4461 To go with this technique, you must define the machine-description macro
4462 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
4463 compare instruction is superfluous.
4464
4465 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
4466 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
4467 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
4468 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
4469 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
4470
4471 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
4472 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
4473 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
4474 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
4475 above in addition to any special patterns you define.
4476
4477 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
4478 code and there may not even be a separate condition code register.  On
4479 these machines, the restriction that the definition and use of the
4480 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
4481 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
4482 delay for taken branches unless the condition code register is set three
4483 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
4484 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
4485 separate the definition and use of the condition code register.
4486
4487 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
4488 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
4489 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
4490 comparison result can be placed in any general register, or if there are
4491 multiple condition registers, use a pseudo register.
4492
4493 @findex prev_cc0_setter
4494 @findex next_cc0_user
4495 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
4496 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
4497 SPARC, setting the condition code directly from an add or subtract
4498 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
4499 instruction does, so a different branch instruction must be used for
4500 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
4501 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
4502 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
4503 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
4504 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
4505 and @code{next_cc0_user}.
4506
4507 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
4508 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
4509 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
4510 we use the machine mode of the condition code register to record
4511 different formats of the condition code register.
4512
4513 Registers used to store the condition code value should have a mode that
4514 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
4515 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
4516 the SPARC), define them in @file{@var{machine}-modes.def}
4517 (@pxref{Condition Code}).  Also define @code{SELECT_CC_MODE} to choose
4518 a mode given an operand of a compare.
4519
4520 If it is known during RTL generation that a different mode will be
4521 required (for example, if the machine has separate compare instructions
4522 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
4523 be specified at that time.
4524
4525 If the cases that require different modes would be made by instruction
4526 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
4527 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
4528 written using that mode.  To support the case of the add on the SPARC
4529 discussed above, we have the pattern
4530
4531 @smallexample
4532 (define_insn ""
4533   [(set (reg:CC_NOOV 0)
4534         (compare:CC_NOOV
4535           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
4536                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
4537           (const_int 0)))]
4538   ""
4539   "@dots{}")
4540 @end smallexample
4541
4542 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the SPARC returns @code{CC_NOOVmode}
4543 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
4544
4545 @end ifset
4546 @ifset INTERNALS
4547 @node Looping Patterns
4548 @section Defining Looping Instruction Patterns
4549 @cindex looping instruction patterns
4550 @cindex defining looping instruction patterns
4551
4552 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
4553 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
4554 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
4555 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
4556 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
4557 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
4558 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
4559 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
4560 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
4561 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
4562 the jump.
4563
4564 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
4565 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
4566 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
4567 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
4568 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
4569 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
4570 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
4571 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
4572 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
4573 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
4574 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
4575 following for its @code{dbra} instruction:
4576
4577 @smallexample
4578 @group
4579 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
4580   [(set (pc)
4581         (if_then_else
4582           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
4583                        (const_int -1))
4584               (const_int 0))
4585           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
4586           (pc)))
4587    (set (match_dup 0)
4588         (plus:SI (match_dup 0)
4589                  (const_int -1)))]
4590   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
4591   "@dots{}")
4592 @end group
4593 @end smallexample
4594
4595 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
4596 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
4597 since this insn is generated by the instruction combination phase
4598 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
4599 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
4600 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
4601 pattern will not be matched by the combiner.
4602
4603 @smallexample
4604 @group
4605 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
4606   [(set (pc)
4607         (if_then_else
4608           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
4609               (const_int 1))
4610           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
4611           (pc)))
4612    (set (match_dup 0)
4613         (plus:SI (match_dup 0)
4614                  (const_int -1)))]
4615   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
4616   "@dots{}")
4617 @end group
4618 @end smallexample
4619
4620 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
4621 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
4622 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
4623 information collected during strength reduction.
4624
4625 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
4626 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
4627 is an optional companion pattern that can be used for initialization
4628 needed for some low-overhead looping instructions.
4629
4630 Note that some machines require the actual looping instruction to be
4631 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
4632 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
4633 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
4634 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
4635 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
4636 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
4637 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
4638 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
4639 desired special iteration counter register was not allocated, this
4640 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
4641 instruction pair.
4642
4643 The essential difference between the
4644 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
4645 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
4646 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
4647 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
4648 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
4649 may become redundant and removed by the flow pass.
4650
4651
4652 @end ifset
4653 @ifset INTERNALS
4654 @node Insn Canonicalizations
4655 @section Canonicalization of Instructions
4656 @cindex canonicalization of instructions
4657 @cindex insn canonicalization
4658
4659 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
4660 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
4661 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
4662 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
4663 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
4664 number of insn patterns required.
4665
4666 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
4667 are performed:
4668
4669 @itemize @bullet
4670 @item
4671 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
4672 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
4673 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
4674 be supplied.
4675
4676 @item
4677 For associative operators, a sequence of operators will always chain
4678 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
4679 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
4680 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
4681 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
4682 floating-point.
4683
4684 @item
4685 @cindex @code{neg}, canonicalization of
4686 @cindex @code{not}, canonicalization of
4687 @cindex @code{mult}, canonicalization of
4688 @cindex @code{plus}, canonicalization of
4689 @cindex @code{minus}, canonicalization of
4690 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
4691 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
4692 first operand.
4693
4694 @item
4695 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
4696 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
4697 the operations as far as possible.  For instance,
4698 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
4699 @code{(plus (mult (neg A) B) C)} is canonicalized as
4700 @code{(minus A (mult B C))}.
4701
4702 @cindex @code{compare}, canonicalization of
4703 @item
4704 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
4705 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
4706 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
4707 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
4708 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
4709 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
4710 such an instruction.
4711
4712 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
4713 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
4714 above.
4715
4716 @item
4717 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
4718 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
4719
4720 @item
4721 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
4722 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
4723
4724 @cindex @code{ior}, canonicalization of
4725 @cindex @code{and}, canonicalization of
4726 @cindex De Morgan's law
4727 @item
4728 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
4729 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
4730 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
4731
4732 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
4733 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
4734 for that instruction as
4735
4736 @smallexample
4737 (define_insn ""
4738   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
4739         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
4740                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
4741   "@dots{}"
4742   "@dots{}")
4743 @end smallexample
4744
4745 @noindent
4746 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
4747
4748 @smallexample
4749 (define_insn ""
4750   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
4751         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
4752                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
4753   "@dots{}"
4754   "@dots{}")
4755 @end smallexample
4756
4757 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
4758 logically equivalent RTL expressions.
4759
4760 @cindex @code{xor}, canonicalization of
4761 @item
4762 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
4763 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
4764 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
4765
4766 @item
4767 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
4768 the form
4769
4770 @smallexample
4771 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
4772 @end smallexample
4773
4774 @item
4775 On machines that do not use @code{cc0},
4776 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
4777 @var{x}.
4778
4779 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
4780 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
4781 @item
4782 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
4783 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
4784 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
4785
4786 @end itemize
4787
4788 Further canonicalization rules are defined in the function
4789 @code{commutative_operand_precedence} in @file{gcc/rtlanal.c}.
4790
4791 @end ifset
4792 @ifset INTERNALS
4793 @node Expander Definitions
4794 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
4795 @cindex expander definitions
4796 @cindex code generation RTL sequences
4797 @cindex defining RTL sequences for code generation
4798
4799 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
4800 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
4801 represent them.  For these target machines, you can write a
4802 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
4803
4804 @findex define_expand
4805 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
4806 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
4807 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
4808
4809 A @code{define_expand} RTX has four operands:
4810
4811 @itemize @bullet
4812 @item
4813 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
4814 use for it is to refer to it by name.
4815
4816 @item
4817 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
4818 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
4819 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
4820
4821 @item
4822 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
4823 used to express how the availability of this pattern depends on
4824 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
4825 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
4826 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
4827 depend on the data in the insn being matched, but only the
4828 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
4829 during initialization in order to learn exactly which named instructions
4830 are available in a particular run.
4831
4832 @item
4833 The preparation statements, a string containing zero or more C
4834 statements which are to be executed before RTL code is generated from
4835 the RTL template.
4836
4837 Usually these statements prepare temporary registers for use as
4838 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
4839 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
4840 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
4841 @end itemize
4842
4843 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
4844 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
4845 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
4846 it.
4847
4848 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
4849 also describes the operands that need to be specified when this pattern
4850 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
4851
4852 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
4853 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
4854 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
4855 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
4856 information to preload the operand into a register if that is required for
4857 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
4858 references should use @code{match_dup}.
4859
4860 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
4861 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
4862 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
4863 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
4864 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
4865 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
4866 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
4867 compute the values and store them into the appropriate elements of
4868 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
4869
4870 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
4871 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
4872 as a statement.
4873
4874 @table @code
4875
4876 @findex DONE
4877 @item DONE
4878 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
4879 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
4880 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
4881 preparation statements; the RTL template will not be generated.
4882
4883 @findex FAIL
4884 @item FAIL
4885 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
4886 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
4887 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
4888
4889 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
4890 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
4891 operations.
4892 @end table
4893
4894 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
4895 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
4896 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
4897 insn.
4898
4899 The RTL template is not used for matching, only for generating the
4900 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
4901 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
4902 list of operands, such as this example:
4903
4904 @smallexample
4905 @group
4906 (define_expand "addsi3"
4907   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4908    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4909    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
4910 @end group
4911 @group
4912   ""
4913   "
4914 @{
4915   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
4916   DONE;
4917 @}")
4918 @end group
4919 @end smallexample
4920
4921 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
4922
4923 @smallexample
4924 @group
4925 (define_expand "ashlsi3"
4926   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4927         (ashift:SI
4928 @end group
4929 @group
4930           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4931           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
4932   ""
4933   "
4934 @end group
4935 @end smallexample
4936
4937 @smallexample
4938 @group
4939 @{
4940   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
4941       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
4942     FAIL;
4943 @}")
4944 @end group
4945 @end smallexample
4946
4947 @noindent
4948 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
4949 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
4950 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
4951 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
4952 library call).
4953
4954 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
4955 patterns with names, then it would be possible to use a
4956 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
4957 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
4958
4959 @smallexample
4960 (define_expand "zero_extendhisi2"
4961   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
4962         (const_int 0))
4963    (set (strict_low_part
4964           (subreg:HI
4965             (match_dup 0)
4966             0))
4967         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
4968   ""
4969   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
4970 @end smallexample
4971
4972 @noindent
4973 @findex make_safe_from
4974 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
4975 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
4976 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
4977 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
4978 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
4979 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
4980 by emitting another RTL insn.
4981
4982 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
4983 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
4984 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
4985 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
4986 on this machine.  So it must be copied into a register with
4987 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
4988
4989 @smallexample
4990 (define_expand "zero_extendhisi2"
4991   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4992         (and:SI (subreg:SI
4993                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
4994                   0)
4995                 (match_dup 2)))]
4996   ""
4997   "operands[2]
4998      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
4999 @end smallexample
5000
5001 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
5002 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
5003 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
5004 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
5005 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
5006 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
5007 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
5008 in the compiler.
5009
5010 @end ifset
5011 @ifset INTERNALS
5012 @node Insn Splitting
5013 @section Defining How to Split Instructions
5014 @cindex insn splitting
5015 @cindex instruction splitting
5016 @cindex splitting instructions
5017
5018 There are two cases where you should specify how to split a pattern
5019 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
5020 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
5021 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
5022 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
5023 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
5024 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
5025 cannot be placed into a delay slot.
5026
5027 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
5028 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
5029 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
5030 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
5031 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
5032 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
5033 scheduling.
5034
5035 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
5036 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
5037 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
5038 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
5039 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
5040 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
5041 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
5042 split the addition into two insns is machine-dependent.
5043
5044 @findex define_split
5045 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
5046 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
5047
5048 @smallexample
5049 (define_split
5050   [@var{insn-pattern}]
5051   "@var{condition}"
5052   [@var{new-insn-pattern-1}
5053    @var{new-insn-pattern-2}
5054    @dots{}]
5055   "@var{preparation-statements}")
5056 @end smallexample
5057
5058 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
5059 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
5060 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
5061 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
5062 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
5063 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
5064
5065 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
5066 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
5067 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
5068 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
5069 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
5070 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
5071 must not allocate any space in the stack frame.
5072
5073 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
5074 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
5075 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
5076 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
5077 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
5078 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
5079 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
5080 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
5081 of those definitions.
5082
5083 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
5084 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
5085 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
5086
5087 @smallexample
5088 (define_split
5089   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
5090         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
5091   ""
5092   [(set (match_dup 0)
5093         (ashift:SI (match_dup 1)
5094                    (const_int 16)))
5095    (set (match_dup 0)
5096         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
5097                      (const_int 16)))]
5098   "
5099 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
5100 @end smallexample
5101
5102 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
5103 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
5104 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
5105 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
5106 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
5107 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
5108 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
5109 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
5110 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
5111 @code{define_split} that will never produce insns that match).
5112
5113 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
5114 @file{rs6000.md}:
5115
5116 @smallexample
5117 (define_split
5118   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
5119         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
5120                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
5121   ""
5122   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
5123    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
5124 "
5125 @{
5126   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
5127   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
5128
5129   if (low & 0x8000)
5130     high++, low |= 0xffff0000;
5131
5132   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
5133   operands[4] = GEN_INT (low);
5134 @}")
5135 @end smallexample
5136
5137 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
5138 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
5139 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
5140 can be substituted into the address of a subsequent operation.
5141
5142 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
5143 an equality comparison of a register and a large constant:
5144
5145 @smallexample
5146 (define_split
5147   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
5148         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
5149                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
5150    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
5151   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
5152    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
5153        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
5154   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
5155    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
5156   "
5157 @{
5158   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
5159      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
5160      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
5161
5162   int c = INTVAL (operands[2]);
5163   int sextc = (c << 16) >> 16;
5164   int xorv = c ^ sextc;
5165
5166   operands[4] = GEN_INT (xorv);
5167   operands[5] = GEN_INT (sextc);
5168 @}")
5169 @end smallexample
5170
5171 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
5172 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
5173 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
5174 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
5175 are not valid.
5176
5177 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
5178 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
5179 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
5180 several restriction apply.
5181
5182 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
5183 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
5184 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
5185 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
5186 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
5187 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
5188 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
5189 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
5190 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
5191 forward jumps to the newly created labels.
5192
5193 @findex define_insn_and_split
5194 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
5195 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
5196 this:
5197
5198 @smallexample
5199 (define_insn_and_split
5200   [@var{insn-pattern}]
5201   "@var{condition}"
5202   "@var{output-template}"
5203   "@var{split-condition}"
5204   [@var{new-insn-pattern-1}
5205    @var{new-insn-pattern-2}
5206    @dots{}]
5207   "@var{preparation-statements}"
5208   [@var{insn-attributes}])
5209
5210 @end smallexample
5211
5212 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
5213 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
5214 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
5215 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
5216 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
5217 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
5218 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
5219 from i386.md:
5220
5221 @smallexample
5222 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
5223   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
5224      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
5225    (clobber (reg:CC 17))]
5226   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
5227   "#"
5228   "&& reload_completed"
5229   [(parallel [(set (match_dup 0)
5230                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
5231               (clobber (reg:CC 17))])]
5232   ""
5233   [(set_attr "type" "alu1")])
5234
5235 @end smallexample
5236
5237 In this case, the actual split condition will be
5238 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
5239
5240 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
5241 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
5242 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
5243 having to ensure the two patterns' templates match.
5244
5245 @end ifset
5246 @ifset INTERNALS
5247 @node Including Patterns
5248 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
5249 @cindex insn includes
5250
5251 @findex include
5252 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
5253 look for patterns that are in files other than in the file
5254 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
5255
5256 It looks like:
5257
5258 @smallexample
5259
5260 (include
5261   @var{pathname})
5262 @end smallexample
5263
5264 For example:
5265
5266 @smallexample
5267
5268 (include "filestuff")
5269
5270 @end smallexample
5271
5272 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
5273 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
5274 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
5275
5276
5277 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
5278 and placed into subdirectories.
5279
5280 By specifying:
5281
5282 @smallexample
5283
5284 (include "BOGUS/filestuff")
5285
5286 @end smallexample
5287
5288 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
5289
5290 Specifying an absolute path for the include file such as;
5291 @smallexample
5292
5293 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
5294
5295 @end smallexample
5296 is permitted but is not encouraged.
5297
5298 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
5299 @cindex directory options .md
5300 @cindex options, directory search
5301 @cindex search options
5302
5303 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
5304 For example:
5305
5306 @smallexample
5307
5308 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
5309
5310 @end smallexample
5311
5312
5313 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
5314 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
5315 file, substituting your own version, since these directories are
5316 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
5317 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
5318 order; the standard default directory come after.
5319
5320
5321 @end ifset
5322 @ifset INTERNALS
5323 @node Peephole Definitions
5324 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
5325 @cindex peephole optimizer definitions
5326 @cindex defining peephole optimizers
5327
5328 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
5329 definitions of machine-specific peephole optimizations.
5330
5331 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
5332 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
5333 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
5334 though the second one does not appear to use a register computed in the
5335 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
5336 opportunities.
5337
5338 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
5339 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
5340 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
5341 is deprecated.
5342
5343 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
5344 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
5345 but before scheduling, which may result in much better code for
5346 targets that do scheduling.
5347
5348 @menu
5349 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
5350 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
5351 @end menu
5352
5353 @end ifset
5354 @ifset INTERNALS
5355 @node define_peephole
5356 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
5357 @findex define_peephole
5358
5359 @need 1000
5360 A definition looks like this:
5361
5362 @smallexample
5363 (define_peephole
5364   [@var{insn-pattern-1}
5365    @var{insn-pattern-2}
5366    @dots{}]
5367   "@var{condition}"
5368   "@var{template}"
5369   "@var{optional-insn-attributes}")
5370 @end smallexample
5371
5372 @noindent
5373 The last string operand may be omitted if you are not using any
5374 machine-specific information in this machine description.  If present,
5375 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
5376
5377 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
5378 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
5379 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
5380 the next, and so on.
5381
5382 Each of the insns matched by a peephole must also match a
5383 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
5384 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
5385 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
5386 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
5387 stages.
5388
5389 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
5390 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
5391 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
5392 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
5393 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
5394 other.
5395
5396 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
5397 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
5398 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
5399 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
5400 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
5401
5402 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
5403 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
5404 previously tested.
5405
5406 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
5407 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
5408 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
5409 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
5410 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
5411 patterns.
5412
5413 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
5414 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
5415 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
5416 the operands.
5417
5418 @findex prev_active_insn
5419 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
5420 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
5421 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
5422 to refer to the last of the insns being matched; use
5423 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
5424
5425 @findex dead_or_set_p
5426 When optimizing computations with intermediate results, you can use
5427 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
5428 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
5429 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
5430 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
5431 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
5432 value (from @code{operands[@var{i}]}).
5433
5434 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
5435 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
5436 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
5437 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
5438 used in matching the original sequence of insns.
5439
5440 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
5441 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
5442 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
5443 as the insn pattern to control how the insn is output.
5444
5445 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
5446 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
5447
5448 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
5449
5450 @smallexample
5451 (define_peephole
5452   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
5453    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
5454         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
5455   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
5456 @{
5457   rtx xoperands[2];
5458   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
5459 #ifdef MOTOROLA
5460   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
5461   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
5462   return "fmove.d (sp)+,%0";
5463 #else
5464   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
5465   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
5466   return "fmoved sp@@+,%0";
5467 #endif
5468 @})
5469 @end smallexample
5470
5471 @need 1000
5472 The effect of this optimization is to change
5473
5474 @smallexample
5475 @group
5476 jbsr _foobar
5477 addql #4,sp
5478 movel d1,sp@@-
5479 movel d0,sp@@-
5480 fmoved sp@@+,fp0
5481 @end group
5482 @end smallexample
5483
5484 @noindent
5485 into
5486
5487 @smallexample
5488 @group
5489 jbsr _foobar
5490 movel d1,sp@@
5491 movel d0,sp@@-
5492 fmoved sp@@+,fp0
5493 @end group
5494 @end smallexample
5495
5496 @ignore
5497 @findex CC_REVERSED
5498 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
5499 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
5500 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
5501 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
5502 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
5503 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
5504 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
5505 and in this C code check the condition code status flags and change the
5506 assembler code as appropriate.
5507 @end ignore
5508
5509 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
5510 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
5511 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
5512 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
5513 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
5514 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
5515 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
5516 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
5517 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
5518
5519 @smallexample
5520 (define_insn "divmodsi4"
5521   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
5522         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
5523                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
5524    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
5525         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
5526   "TARGET_68020"
5527   "divsl%.l %2,%3:%0")
5528 @end smallexample
5529
5530 @noindent
5531 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
5532
5533 @smallexample
5534 (define_peephole
5535   [@dots{}
5536    (parallel
5537     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
5538           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
5539                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
5540      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
5541           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
5542    @dots{}]
5543   @dots{})
5544 @end smallexample
5545
5546 @end ifset
5547 @ifset INTERNALS
5548 @node define_peephole2
5549 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
5550 @findex define_peephole2
5551
5552 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
5553 substitute one sequence of instructions for another sequence,
5554 what additional scratch registers may be needed and what their
5555 lifetimes must be.
5556
5557 @smallexample
5558 (define_peephole2
5559   [@var{insn-pattern-1}
5560    @var{insn-pattern-2}
5561    @dots{}]
5562   "@var{condition}"
5563   [@var{new-insn-pattern-1}
5564    @var{new-insn-pattern-2}
5565    @dots{}]
5566   "@var{preparation-statements}")
5567 @end smallexample
5568
5569 The definition is almost identical to @code{define_split}
5570 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
5571 single instruction, but a sequence of instructions.
5572
5573 It is possible to request additional scratch registers for use in the
5574 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
5575 will simply not match.
5576
5577 @findex match_scratch
5578 @findex match_dup
5579 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
5580 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
5581 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
5582 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
5583 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
5584 at which the register must be available.
5585
5586 Here is an example from the IA-32 machine description:
5587
5588 @smallexample
5589 (define_peephole2
5590   [(match_scratch:SI 2 "r")
5591    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5592                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
5593                      [(match_dup 0)
5594                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
5595               (clobber (reg:CC 17))])]
5596   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
5597   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
5598    (parallel [(set (match_dup 0)
5599                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
5600               (clobber (reg:CC 17))])]
5601   "")
5602 @end smallexample
5603
5604 @noindent
5605 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
5606 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
5607 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
5608 to be live only at the point just before the arithmetic.
5609
5610 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
5611 so here's a silly made-up example:
5612
5613 @smallexample
5614 (define_peephole2
5615   [(match_scratch:SI 4 "r")
5616    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
5617    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
5618    (match_dup 4)
5619    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
5620   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
5621   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
5622    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
5623    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
5624    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
5625   "")
5626 @end smallexample
5627
5628 @noindent
5629 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
5630 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
5631 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
5632
5633 @end ifset
5634 @ifset INTERNALS
5635 @node Insn Attributes
5636 @section Instruction Attributes
5637 @cindex insn attributes
5638 @cindex instruction attributes
5639
5640 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
5641 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
5642 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
5643 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
5644 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
5645 to track the condition codes.
5646
5647 @menu
5648 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
5649 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
5650 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
5651 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
5652 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
5653 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
5654 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
5655 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
5656 @end menu
5657
5658 @end ifset
5659 @ifset INTERNALS
5660 @node Defining Attributes
5661 @subsection Defining Attributes and their Values
5662 @cindex defining attributes and their values
5663 @cindex attributes, defining
5664
5665 @findex define_attr
5666 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
5667 by the target machine.  It looks like:
5668
5669 @smallexample
5670 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
5671 @end smallexample
5672
5673 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
5674
5675 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
5676 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
5677 indicate that the attribute takes numeric values.
5678
5679 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
5680 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
5681 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
5682 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
5683 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
5684
5685 @findex insn-attr.h
5686 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
5687 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
5688 specified for an attribute, the following are defined:
5689
5690 @itemize @bullet
5691 @item
5692 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
5693
5694 @item
5695 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
5696 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
5697 the attribute name and value are first converted to uppercase.
5698
5699 @item
5700 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
5701 returns the attribute value for that insn.
5702 @end itemize
5703
5704 For example, if the following is present in the @file{md} file:
5705
5706 @smallexample
5707 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
5708 @end smallexample
5709
5710 @noindent
5711 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
5712
5713 @smallexample
5714 #define HAVE_ATTR_type
5715 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
5716                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
5717 extern enum attr_type get_attr_type ();
5718 @end smallexample
5719
5720 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
5721 defined and the function to obtain the attribute's value will return
5722 @code{int}.
5723
5724 @end ifset
5725 @ifset INTERNALS
5726 @node Expressions
5727 @subsection Attribute Expressions
5728 @cindex attribute expressions
5729
5730 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
5731 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
5732 Attribute value expressions must have one of the following forms:
5733
5734 @table @code
5735 @cindex @code{const_int} and attributes
5736 @item (const_int @var{i})
5737 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
5738 must be non-negative.
5739
5740 The value of a numeric attribute can be specified either with a
5741 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
5742 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
5743 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
5744 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
5745
5746 @cindex @code{const_string} and attributes
5747 @item (const_string @var{value})
5748 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
5749 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
5750 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
5751 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
5752 of a @code{define_attr}.
5753
5754 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
5755 must be a string containing a non-negative integer (normally
5756 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
5757 contain one of the valid values for the attribute.
5758
5759 @cindex @code{if_then_else} and attributes
5760 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
5761 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
5762 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
5763 otherwise it is @var{false-value}.
5764
5765 @cindex @code{cond} and attributes
5766 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
5767 The first operand of this expression is a vector containing an even
5768 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
5769 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
5770 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
5771 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
5772 expression is that of the @var{default} expression.
5773 @end table
5774
5775 @var{test} expressions can have one of the following forms:
5776
5777 @table @code
5778 @cindex @code{const_int} and attribute tests
5779 @item (const_int @var{i})
5780 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
5781
5782 @cindex @code{not} and attributes
5783 @cindex @code{ior} and attributes
5784 @cindex @code{and} and attributes
5785 @item (not @var{test})
5786 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
5787 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
5788 These tests are true if the indicated logical function is true.
5789
5790 @cindex @code{match_operand} and attributes
5791 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
5792 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
5793 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
5794 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
5795 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
5796 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
5797 string).
5798
5799 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
5800
5801 @cindex @code{le} and attributes
5802 @cindex @code{leu} and attributes
5803 @cindex @code{lt} and attributes
5804 @cindex @code{gt} and attributes
5805 @cindex @code{gtu} and attributes
5806 @cindex @code{ge} and attributes
5807 @cindex @code{geu} and attributes
5808 @cindex @code{ne} and attributes
5809 @cindex @code{eq} and attributes
5810 @cindex @code{plus} and attributes
5811 @cindex @code{minus} and attributes
5812 @cindex @code{mult} and attributes
5813 @cindex @code{div} and attributes
5814 @cindex @code{mod} and attributes
5815 @cindex @code{abs} and attributes
5816 @cindex @code{neg} and attributes
5817 @cindex @code{ashift} and attributes
5818 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
5819 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
5820 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
5821 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
5822 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
5823 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
5824 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
5825 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
5826 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
5827 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
5828 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
5829 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
5830 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
5831 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
5832 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
5833 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
5834 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
5835
5836 @findex get_attr
5837 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
5838 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
5839 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
5840 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
5841 variable.
5842
5843 @findex eq_attr
5844 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
5845 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
5846
5847 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
5848 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
5849 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
5850 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
5851 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
5852 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
5853 @emph{not} in the specified list.
5854
5855 For example,
5856
5857 @smallexample
5858 (eq_attr "type" "load,store")
5859 @end smallexample
5860
5861 @noindent
5862 is equivalent to
5863
5864 @smallexample
5865 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
5866 @end smallexample
5867
5868 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
5869 value of the compiler variable @code{which_alternative}
5870 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
5871 example,
5872
5873 @smallexample
5874 (eq_attr "alternative" "2,3")
5875 @end smallexample
5876
5877 @noindent
5878 is equivalent to
5879
5880 @smallexample
5881 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
5882      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
5883 @end smallexample
5884
5885 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
5886 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
5887 a particular pattern.  This is by far the most common case.
5888
5889 @findex attr_flag
5890 @item (attr_flag @var{name})
5891 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
5892 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
5893 scheduled.
5894
5895 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
5896 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
5897 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
5898 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
5899 if a conditional branch is expected to be taken.
5900
5901 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
5902 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
5903
5904 This example describes a conditional branch delay slot which
5905 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
5906 for backward branches which are not taken (annul-false).
5907
5908 @smallexample
5909 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
5910   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
5911    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
5912         (attr_flag "forward"))
5913    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
5914         (attr_flag "backward"))])
5915 @end smallexample
5916
5917 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
5918 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5919
5920 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
5921 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5922 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
5923 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5924
5925 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
5926 meaning to other passes of the compiler.
5927
5928 @findex attr
5929 @item (attr @var{name})
5930 The value of another attribute is returned.  This is most useful
5931 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
5932 produce more efficient code for non-numeric attributes.
5933 @end table
5934
5935 @end ifset
5936 @ifset INTERNALS
5937 @node Tagging Insns
5938 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
5939 @cindex tagging insns
5940 @cindex assigning attribute values to insns
5941
5942 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
5943 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
5944 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
5945 have an optional last argument to specify the values of attributes for
5946 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
5947 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
5948 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
5949 permits the specification of the values for only one or two attributes
5950 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
5951 next section.
5952
5953 The optional last argument of @code{define_insn} and
5954 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
5955 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
5956 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
5957 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
5958 second operand of the @code{set} is an attribute expression
5959 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
5960
5961 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
5962 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
5963 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
5964 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
5965 each alternative.
5966
5967 @findex set_attr
5968 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
5969 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
5970 specifying a string giving either a single attribute value or a list
5971 of attribute values, one for each alternative.
5972
5973 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
5974 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
5975
5976 @table @code
5977 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
5978 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
5979 or a string containing a comma-separated list giving the values for
5980 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
5981 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
5982
5983 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
5984 which case the attribute will assume its default value for insns matching
5985 that alternative.
5986
5987 @findex set_attr_alternative
5988 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
5989 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
5990 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
5991 tests on the @samp{alternative} attribute.
5992
5993 @findex attr
5994 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
5995 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
5996 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
5997 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
5998 @end table
5999
6000 The following shows three different ways of representing the same
6001 attribute value specification:
6002
6003 @smallexample
6004 (set_attr "type" "load,store,arith")
6005
6006 (set_attr_alternative "type"
6007                       [(const_string "load") (const_string "store")
6008                        (const_string "arith")])
6009
6010 (set (attr "type")
6011      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
6012             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
6013            (const_string "arith")))
6014 @end smallexample
6015
6016 @need 1000
6017 @findex define_asm_attributes
6018 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
6019 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
6020 statement.  It has the form:
6021
6022 @smallexample
6023 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
6024 @end smallexample
6025
6026 @noindent
6027 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
6028 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
6029
6030 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
6031 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
6032
6033 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
6034 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
6035 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
6036 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
6037 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
6038 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
6039 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
6040 of a single machine instruction.
6041
6042 @end ifset
6043 @ifset INTERNALS
6044 @node Attr Example
6045 @subsection Example of Attribute Specifications
6046 @cindex attribute specifications example
6047 @cindex attribute specifications
6048
6049 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
6050 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
6051 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
6052 value.  This attribute is normally used only to define the default value
6053 for other attributes.  An example will clarify this usage.
6054
6055 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
6056 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
6057 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
6058 operations, floating point operations, and branches.
6059
6060 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
6061 the condition code and will limit ourselves to the following possible
6062 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
6063 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
6064 changed if the item previously set into the condition code has been
6065 modified.
6066
6067 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
6068
6069 @smallexample
6070 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
6071
6072 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
6073              (cond [(eq_attr "type" "load")
6074                         (const_string "change0")
6075                     (eq_attr "type" "store,branch")
6076                         (const_string "unchanged")
6077                     (eq_attr "type" "arith")
6078                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
6079                                       (const_string "set")
6080                                       (const_string "clobber"))]
6081                    (const_string "clobber")))
6082
6083 (define_insn ""
6084   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
6085         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
6086   ""
6087   "@@
6088    move %0,%1
6089    load %0,%1
6090    store %0,%1"
6091   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
6092 @end smallexample
6093
6094 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
6095 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
6096 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
6097 full-word result.
6098
6099 @end ifset
6100 @ifset INTERNALS
6101 @node Insn Lengths
6102 @subsection Computing the Length of an Insn
6103 @cindex insn lengths, computing
6104 @cindex computing the length of an insn
6105
6106 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
6107 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
6108 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
6109 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
6110 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
6111 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
6112
6113 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
6114 arithmetic terms are allowed in test expressions:
6115
6116 @table @code
6117 @cindex @code{match_dup} and attributes
6118 @item (match_dup @var{n})
6119 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
6120 must be a @code{label_ref}.
6121
6122 @cindex @code{pc} and attributes
6123 @item (pc)
6124 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
6125 been more consistent with other usage to make this the address of the
6126 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
6127 current insn is to be computed.
6128 @end table
6129
6130 @cindex @code{addr_vec}, length of
6131 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
6132 For normal insns, the length will be determined by value of the
6133 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
6134 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
6135 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
6136
6137 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
6138
6139 The following macros can be used to refine the length computation:
6140
6141 @table @code
6142 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
6143 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
6144 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
6145 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
6146 that contains the initially computed length of the insn and should be
6147 updated with the correct length of the insn.
6148
6149 This macro will normally not be required.  A case in which it is
6150 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
6151 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
6152 may be required.
6153 @end table
6154
6155 @findex get_attr_length
6156 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
6157 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
6158 determine the form of the branch instruction to be written, as the
6159 example below illustrates.
6160
6161 As an example of the specification of variable-length branches, consider
6162 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
6163 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
6164 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
6165 sequence to load the address from memory and then branch to it.
6166
6167 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
6168 as follows:
6169
6170 @smallexample
6171 (define_insn "jump"
6172   [(set (pc)
6173         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
6174   ""
6175 @{
6176    return (get_attr_length (insn) == 4
6177            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
6178 @}
6179   [(set (attr "length")
6180         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
6181                       (const_int 4)
6182                       (const_int 6)))])
6183 @end smallexample
6184
6185 @end ifset
6186 @ifset INTERNALS
6187 @node Constant Attributes
6188 @subsection Constant Attributes
6189 @cindex constant attributes
6190
6191 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
6192 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
6193 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
6194 used to specify which variety of processor is used.  For example,
6195
6196 @smallexample
6197 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
6198  (const
6199   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
6200          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
6201         (const_string "m88000"))))
6202
6203 (define_attr "memory" "fast,slow"
6204  (const
6205   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
6206                 (const_string "fast")
6207                 (const_string "slow"))))
6208 @end smallexample
6209
6210 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
6211 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
6212 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
6213 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
6214 forms involving insn attributes.
6215
6216 @end ifset
6217 @ifset INTERNALS
6218 @node Delay Slots
6219 @subsection Delay Slot Scheduling
6220 @cindex delay slots, defining
6221
6222 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
6223 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
6224 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
6225 after the instruction are executed as if they were located before it.
6226 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
6227 the following instruction before the branch or call is performed.
6228
6229 On some machines, conditional branch instructions can optionally
6230 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
6231 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
6232 instructions that annul if the branch is true and instructions that
6233 annul if the branch is false are supported.
6234
6235 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
6236 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
6237 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
6238 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
6239 instruction scheduling.
6240
6241 @findex define_delay
6242 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
6243 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
6244
6245 @smallexample
6246 (define_delay @var{test}
6247               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
6248                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
6249                @dots{}])
6250 @end smallexample
6251
6252 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
6253 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
6254 required delay slots is determined by the length of the vector specified
6255 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
6256 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
6257 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
6258 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
6259 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
6260 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
6261
6262 For example, in the common case where branch and call insns require
6263 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
6264 call, the following would be placed in the @file{md} file:
6265
6266 @smallexample
6267 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
6268               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
6269 @end smallexample
6270
6271 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
6272 case, each such expression specifies different delay slot requirements
6273 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
6274 expressions are both true.
6275
6276 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
6277 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
6278 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
6279 branch is true, we might represent this as follows:
6280
6281 @smallexample
6282 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
6283    [(eq_attr "type" "!branch,call")
6284     (eq_attr "type" "!branch,call")
6285     (nil)])
6286
6287 (define_delay (eq_attr "type" "call")
6288               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
6289                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
6290 @end smallexample
6291 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
6292
6293 @end ifset
6294 @ifset INTERNALS
6295 @node Processor pipeline description
6296 @subsection Specifying processor pipeline description
6297 @cindex processor pipeline description
6298 @cindex processor functional units
6299 @cindex instruction latency time
6300 @cindex interlock delays
6301 @cindex data dependence delays
6302 @cindex reservation delays
6303 @cindex pipeline hazard recognizer
6304 @cindex automaton based pipeline description
6305 @cindex regular expressions
6306 @cindex deterministic finite state automaton
6307 @cindex automaton based scheduler
6308 @cindex RISC
6309 @cindex VLIW
6310
6311 To achieve better performance, most modern processors
6312 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
6313 processors) have many @dfn{functional units} on which several
6314 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
6315 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
6316 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
6317 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
6318 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
6319 MIPS processors).
6320
6321 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
6322 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
6323 latency time}.  The instruction execution is not started until all
6324 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
6325 complex cases when the instruction execution starts even when the data
6326 are not available but will be ready in given time after the
6327 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
6328 account is simple.  The data dependence (true, output, and
6329 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
6330 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
6331 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
6332 means that two instructions under execution will be in need of shared
6333 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
6334 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
6335 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
6336 processors.
6337
6338 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
6339 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
6340 instruction scheduler has to have an adequate description of the
6341 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
6342 machine descriptions describe processor parallelism and functional
6343 unit reservations for groups of instructions with the aid of
6344 @dfn{regular expressions}.
6345
6346 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
6347 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
6348 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
6349 automatically generated from the processor pipeline description.  The
6350 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
6351 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
6352 the instruction issue is possible if there is a transition from one
6353 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
6354 furthermore, its speed is not dependent on processor
6355 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
6356   processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
6357   can split orthogonal parts of the machine description among several
6358   automata: but then, since each of these must be stepped independently,
6359   this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
6360
6361 @cindex automaton based pipeline description
6362 The rest of this section describes the directives that constitute
6363 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
6364 these constructions within the machine description file is not
6365 important.
6366
6367 @findex define_automaton
6368 @cindex pipeline hazard recognizer
6369 The following optional construction describes names of automata
6370 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
6371 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
6372 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
6373 units to the automata, the total size of the automata is usually
6374 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
6375 construction, only one finite state automaton is generated.
6376
6377 @smallexample
6378 (define_automaton @var{automata-names})
6379 @end smallexample
6380
6381 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
6382 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
6383 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
6384 @code{define_query_cpu_unit}.
6385
6386 @findex define_cpu_unit
6387 @cindex processor functional units
6388 Each processor functional unit used in the description of instruction
6389 reservations should be described by the following construction.
6390
6391 @smallexample
6392 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
6393 @end smallexample
6394
6395 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
6396 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
6397 for other goals.
6398
6399 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
6400 which the unit is bound.  The automaton should be described in
6401 construction @code{define_automaton}.  You should give
6402 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
6403
6404 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
6405 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
6406 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
6407 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
6408 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
6409 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
6410 description of the subsequent constructions.
6411
6412 @findex define_query_cpu_unit
6413 @cindex querying function unit reservations
6414 The following construction describes CPU functional units analogously
6415 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
6416 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
6417 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
6418 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
6419 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
6420 @acronym{VLIW} insn templates).
6421
6422 @smallexample
6423 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
6424 @end smallexample
6425
6426 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
6427 separated by commas.
6428
6429 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
6430 which the unit is bound.
6431
6432 @findex define_insn_reservation
6433 @cindex instruction latency time
6434 @cindex regular expressions
6435 @cindex data bypass
6436 The following construction is the major one to describe pipeline
6437 characteristics of an instruction.
6438
6439 @smallexample
6440 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
6441                          @var{condition} @var{regexp})
6442 @end smallexample
6443
6444 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
6445 instruction.  There is an important difference between the old
6446 description and the automaton based pipeline description.  The latency
6447 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
6448 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
6449 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
6450 zero and the cost of output dependencies is the difference between
6451 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
6452 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
6453 change the default costs for any description by using the target hook
6454 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
6455
6456 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
6457 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
6458 the automaton description file generated for debugging.  The internal
6459 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
6460 good practice to use insn classes described in the processor manual.
6461
6462 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
6463 construction.  You should remember that you will be in trouble if
6464 @var{condition} for two or more different
6465 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
6466 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
6467 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
6468 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
6469 the same value is quite difficult (especially if the conditions
6470 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
6471 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
6472 recognizer considerably.
6473
6474 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
6475 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
6476 expression according to the following syntax:
6477
6478 @smallexample
6479        regexp = regexp "," oneof
6480               | oneof
6481
6482        oneof = oneof "|" allof
6483              | allof
6484
6485        allof = allof "+" repeat
6486              | repeat
6487
6488        repeat = element "*" number
6489               | element
6490
6491        element = cpu_function_unit_name
6492                | reservation_name
6493                | result_name
6494                | "nothing"
6495                | "(" regexp ")"
6496 @end smallexample
6497
6498 @itemize @bullet
6499 @item
6500 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
6501 the reservation.
6502
6503 @item
6504 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
6505 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
6506 regular expression @strong{or} etc.
6507
6508 @item
6509 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
6510 regular expression @strong{and} a reservation described by the
6511 second regular expression @strong{and} etc.
6512
6513 @item
6514 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
6515 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
6516 advancing (see @samp{,}).
6517
6518 @item
6519 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
6520 functional unit.
6521
6522 @item
6523 @samp{reservation_name} --- see description of construction
6524 @samp{define_reservation}.
6525
6526 @item
6527 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
6528 @end itemize
6529
6530 @findex define_reservation
6531 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
6532 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
6533 the common part by the following construction
6534
6535 @smallexample
6536 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
6537 @end smallexample
6538
6539 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
6540 Functional unit names and reservation names are in the same name
6541 space.  So the reservation names should be different from the
6542 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
6543
6544 @findex define_bypass
6545 @cindex instruction latency time
6546 @cindex data bypass
6547 The following construction is used to describe exceptions in the
6548 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
6549
6550 @smallexample
6551 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
6552                [@var{guard}])
6553 @end smallexample
6554
6555 @var{number} defines when the result generated by the instructions
6556 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
6557 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
6558 the string are separated by commas.
6559
6560 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
6561 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
6562 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
6563 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
6564 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
6565 of insn @samp{store} (not a stored value).
6566
6567 @findex exclusion_set
6568 @findex presence_set
6569 @findex final_presence_set
6570 @findex absence_set
6571 @findex final_absence_set
6572 @cindex VLIW
6573 @cindex RISC
6574 The following five constructions are usually used to describe
6575 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
6576 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
6577 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
6578
6579 @smallexample
6580 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
6581 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6582 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6583 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6584 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6585 @end smallexample
6586
6587 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
6588 separated by commas.
6589
6590 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
6591 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
6592 separated by white-spaces.
6593
6594 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
6595 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
6596 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
6597 example, the construction is useful for describing processors
6598 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
6599 functional unit which can execute simultaneously only single floating
6600 point insns or only double floating point insns.
6601
6602 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
6603 functional unit in the first string can not be reserved unless at
6604 least one of pattern of units whose names are in the second string is
6605 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
6606 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
6607 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
6608 construction
6609
6610 @smallexample
6611 (presence_set "slot1" "slot0")
6612 @end smallexample
6613
6614 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
6615 reservation.  In this case we could write
6616
6617 @smallexample
6618 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
6619 @end smallexample
6620
6621 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
6622 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
6623 done.  When an instruction is issued in given automaton state
6624 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
6625 state is changed.  The first state is a source state, the second one
6626 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
6627 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
6628 done on the result reservation.  This construction is useful to
6629 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
6630 For example, if we use
6631
6632 @smallexample
6633 (presence_set "slot1" "slot0")
6634 @end smallexample
6635
6636 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
6637 @samp{slot0} which is absent in the source state).
6638
6639 @smallexample
6640 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
6641 @end smallexample
6642
6643 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
6644
6645 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
6646 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
6647 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
6648 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
6649 this one but it is symmetric).  For example, it is useful for
6650 description that @acronym{VLIW} @samp{slot0} can not be reserved after
6651 @samp{slot1} or @samp{slot2} reservation.  We could describe it by the
6652 following construction
6653
6654 @smallexample
6655 (absence_set "slot2" "slot0, slot1")
6656 @end smallexample
6657
6658 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
6659 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
6660 this case we could write
6661
6662 @smallexample
6663 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
6664 @end smallexample
6665
6666 All functional units mentioned in a set should belong to the same
6667 automaton.
6668
6669 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
6670 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
6671 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
6672
6673 @findex automata_option
6674 @cindex deterministic finite state automaton
6675 @cindex nondeterministic finite state automaton
6676 @cindex finite state automaton minimization
6677 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
6678 the following construction.
6679
6680 @smallexample
6681 (automata_option @var{options})
6682 @end smallexample
6683
6684 @var{options} is a string giving options which affect the generated
6685 code.  Currently there are the following options:
6686
6687 @itemize @bullet
6688 @item
6689 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
6690 only worth to do when we are debugging the description and need to
6691 look more accurately at reservations of states.
6692
6693 @item
6694 @dfn{time} means printing additional time statistics about
6695 generation of automata.
6696
6697 @item
6698 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
6699 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
6700 verification and debugging.
6701
6702 @item
6703 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
6704 non-critical errors.
6705
6706 @item
6707 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
6708 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
6709 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
6710 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
6711 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
6712 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
6713
6714 @item
6715 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
6716 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
6717 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
6718 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
6719 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
6720 huge automaton.
6721 @end itemize
6722
6723 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
6724 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
6725 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
6726 the following functional units.
6727
6728 @smallexample
6729 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
6730 (define_cpu_unit "port0, port1")
6731 @end smallexample
6732
6733 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
6734 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
6735 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
6736 are issued into the second pipeline.  Integer division and
6737 multiplication insns can be executed only in the second integer
6738 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
6739 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
6740 integer division insn can not be issued until the current division
6741 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
6742 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
6743 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
6744 incurred.  To describe all of this we could specify
6745
6746 @smallexample
6747 (define_cpu_unit "div")
6748
6749 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
6750                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
6751
6752 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
6753                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
6754
6755 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
6756                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
6757
6758 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
6759                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
6760
6761 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
6762 @end smallexample
6763
6764 To simplify the description we could describe the following reservation
6765
6766 @smallexample
6767 (define_reservation "finish" "port0|port1")
6768 @end smallexample
6769
6770 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
6771 construction
6772
6773 @smallexample
6774 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
6775                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
6776 @end smallexample
6777
6778
6779 @end ifset
6780 @ifset INTERNALS
6781 @node Conditional Execution
6782 @section Conditional Execution
6783 @cindex conditional execution
6784 @cindex predication
6785
6786 A number of architectures provide for some form of conditional
6787 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
6788 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
6789 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
6790 can be quite tedious to describe these forms directly in the
6791 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
6792
6793 @findex define_cond_exec
6794 @smallexample
6795 (define_cond_exec
6796   [@var{predicate-pattern}]
6797   "@var{condition}"
6798   "@var{output-template}")
6799 @end smallexample
6800
6801 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
6802 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
6803 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
6804 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
6805 alternative.
6806
6807 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
6808 pattern to match.
6809
6810 @findex current_insn_predicate
6811 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
6812 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
6813 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
6814 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
6815 In order to handle the general case, there is a global variable
6816 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
6817 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
6818
6819 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
6820 the @code{predicable} instruction attribute is made.
6821 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
6822 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
6823 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
6824 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
6825 alternative or anything else.
6826
6827 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
6828 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
6829 generated that matches a predicated version of the instruction.
6830 For example,
6831
6832 @smallexample
6833 (define_insn "addsi"
6834   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6835         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6836                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
6837   "@var{test1}"
6838   "add %2,%1,%0")
6839
6840 (define_cond_exec
6841   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
6842        (const_int 0))]
6843   "@var{test2}"
6844   "(%0)")
6845 @end smallexample
6846
6847 @noindent
6848 generates a new pattern
6849
6850 @smallexample
6851 (define_insn ""
6852   [(cond_exec
6853      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
6854      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6855           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6856                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
6857   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
6858   "(%3) add %2,%1,%0")
6859 @end smallexample
6860
6861 @end ifset
6862 @ifset INTERNALS
6863 @node Constant Definitions
6864 @section Constant Definitions
6865 @cindex constant definitions
6866 @findex define_constants
6867
6868 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
6869 can be a maintenance problem.
6870
6871 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
6872 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
6873 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
6874 if the corresponding value had been written instead.  You may use
6875 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
6876 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
6877 a different value.
6878
6879 To come back to the a29k load multiple example, instead of
6880
6881 @smallexample
6882 (define_insn ""
6883   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6884      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6885            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6886       (use (reg:SI 179))
6887       (clobber (reg:SI 179))])]
6888   ""
6889   "loadm 0,0,%1,%2")
6890 @end smallexample
6891
6892 You could write:
6893
6894 @smallexample
6895 (define_constants [
6896     (R_BP 177)
6897     (R_FC 178)
6898     (R_CR 179)
6899     (R_Q  180)
6900 ])
6901
6902 (define_insn ""
6903   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6904      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6905            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6906       (use (reg:SI R_CR))
6907       (clobber (reg:SI R_CR))])]
6908   ""
6909   "loadm 0,0,%1,%2")
6910 @end smallexample
6911
6912 The constants that are defined with a define_constant are also output
6913 in the insn-codes.h header file as #defines.
6914 @end ifset
6915 @ifset INTERNALS
6916 @node Macros
6917 @section Macros
6918 @cindex macros in @file{.md} files
6919
6920 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
6921 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple macro
6922 facilities to make this process easier.
6923
6924 @menu
6925 * Mode Macros::         Generating variations of patterns for different modes.
6926 * Code Macros::         Doing the same for codes.
6927 @end menu
6928
6929 @node Mode Macros
6930 @subsection Mode Macros
6931 @cindex mode macros in @file{.md} files
6932
6933 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
6934 For example:
6935
6936 @itemize @bullet
6937 @item
6938 If a processor has hardware support for both single and double
6939 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
6940 very similar to the @code{DFmode} ones.
6941
6942 @item
6943 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
6944 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
6945 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
6946 @end itemize
6947
6948 Mode macros allow several patterns to be instantiated from one
6949 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
6950 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
6951 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
6952
6953 @menu
6954 * Defining Mode Macros:: Defining a new mode macro.
6955 * Substitutions::        Combining mode macros with substitutions
6956 * Examples::             Examples
6957 @end menu
6958
6959 @node Defining Mode Macros
6960 @subsubsection Defining Mode Macros
6961 @findex define_mode_macro
6962
6963 The syntax for defining a mode macro is:
6964
6965 @smallexample
6966 (define_mode_macro @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") ... (@var{moden} "@var{condn}")])
6967 @end smallexample
6968
6969 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
6970 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
6971 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
6972 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
6973 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
6974 C condition will also require that @var{condi} be true.
6975
6976 For example:
6977
6978 @smallexample
6979 (define_mode_macro P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
6980 @end smallexample
6981
6982 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
6983 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
6984 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
6985 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
6986 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
6987
6988 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
6989 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
6990 to @code{@var{mode}}.  For example:
6991
6992 @smallexample
6993 (define_mode_macro GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
6994 @end smallexample
6995
6996 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
6997 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
6998
6999 Macros are applied in the order they are defined.  This can be
7000 significant if two macros are used in a construct that requires
7001 substitutions.  @xref{Substitutions}.
7002
7003 @node Substitutions
7004 @subsubsection Substitution in Mode Macros
7005 @findex define_mode_attr
7006
7007 If an @file{.md} file construct uses mode macros, each version of the
7008 construct will often need slightly different strings or modes.  For
7009 example:
7010
7011 @itemize @bullet
7012 @item
7013 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
7014 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
7015 appropriate mode name for @var{m}.
7016
7017 @item
7018 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
7019 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
7020
7021 @item
7022 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
7023 using a macro for one of the operand modes usually requires a specific
7024 mode for the other operand(s).
7025 @end itemize
7026
7027 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
7028 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
7029 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
7030 upper case.  You can define other attributes using:
7031
7032 @smallexample
7033 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") ... (@var{moden} "@var{valuen}")])
7034 @end smallexample
7035
7036 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
7037 is the value associated with @var{modei}.
7038
7039 When GCC replaces some @var{:macro} with @var{:mode}, it will scan
7040 each string and mode in the pattern for sequences of the form
7041 @code{<@var{macro}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
7042 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
7043 @code{<...>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
7044 value.
7045
7046 For example, suppose an @file{.md} file has:
7047
7048 @smallexample
7049 (define_mode_macro P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
7050 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
7051 @end smallexample
7052
7053 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
7054 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
7055 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
7056 @code{"ld\t%0,%1"}.
7057
7058 Here is an example of using an attribute for a mode:
7059
7060 @smallexample
7061 (define_mode_macro LONG [SI DI])
7062 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
7063 (define_insn ...
7064   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> ...)) ...)
7065 @end smallexample
7066
7067 The @code{@var{macro}:} prefix may be omitted, in which case the
7068 substitution will be attempted for every macro expansion.
7069
7070 @node Examples
7071 @subsubsection Mode Macro Examples
7072
7073 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
7074 modes and attributes (among others):
7075
7076 @smallexample
7077 (define_mode_macro GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
7078 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
7079 @end smallexample
7080
7081 and uses the following template to define both @code{subsi3}
7082 and @code{subdi3}:
7083
7084 @smallexample
7085 (define_insn "sub<mode>3"
7086   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
7087         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
7088                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
7089   ""
7090   "<d>subu\t%0,%1,%2"
7091   [(set_attr "type" "arith")
7092    (set_attr "mode" "<MODE>")])
7093 @end smallexample
7094
7095 This is exactly equivalent to:
7096
7097 @smallexample
7098 (define_insn "subsi3"
7099   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
7100         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
7101                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
7102   ""
7103   "subu\t%0,%1,%2"
7104   [(set_attr "type" "arith")
7105    (set_attr "mode" "SI")])
7106
7107 (define_insn "subdi3"
7108   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
7109         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
7110                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
7111   ""
7112   "dsubu\t%0,%1,%2"
7113   [(set_attr "type" "arith")
7114    (set_attr "mode" "DI")])
7115 @end smallexample
7116
7117 @node Code Macros
7118 @subsection Code Macros
7119 @cindex code macros in @file{.md} files
7120 @findex define_code_macro
7121 @findex define_code_attr
7122
7123 Code macros operate in a similar way to mode macros.  @xref{Mode Macros}.
7124
7125 The construct:
7126
7127 @smallexample
7128 (define_code_macro @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") ... (@var{coden} "@var{condn}")])
7129 @end smallexample
7130
7131 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
7132 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
7133 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
7134
7135 As with mode macros, each pattern that uses @var{name} will be
7136 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
7137 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
7138 @xref{Defining Mode Macros}.
7139
7140 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
7141 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
7142 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
7143 Other attributes are defined using:
7144
7145 @smallexample
7146 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") ... (@var{coden} "@var{valuen}")])
7147 @end smallexample
7148
7149 Here's an example of code macros in action, taken from the MIPS port:
7150
7151 @smallexample
7152 (define_code_macro any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
7153                              eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
7154
7155 (define_expand "b<code>"
7156   [(set (pc)
7157         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
7158                                    (const_int 0))
7159                       (label_ref (match_operand 0 ""))
7160                       (pc)))]
7161   ""
7162 @{
7163   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
7164   DONE;
7165 @})
7166 @end smallexample
7167
7168 This is equivalent to:
7169
7170 @smallexample
7171 (define_expand "bunordered"
7172   [(set (pc)
7173         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
7174                                     (const_int 0))
7175                       (label_ref (match_operand 0 ""))
7176                       (pc)))]
7177   ""
7178 @{
7179   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
7180   DONE;
7181 @})
7182
7183 (define_expand "bordered"
7184   [(set (pc)
7185         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
7186                                   (const_int 0))
7187                       (label_ref (match_operand 0 ""))
7188                       (pc)))]
7189   ""
7190 @{
7191   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
7192   DONE;
7193 @})
7194
7195 ...
7196 @end smallexample
7197
7198 @end ifset