OSDN Git Service

* Check in merge from gcc2. See ChangeLog.11 and ChangeLog.12
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / md.texi
1 @c Copyright (C) 1988,89,92,93,94,96 Free Software Foundation, Inc.
2 @c This is part of the GCC manual.
3 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
4
5 @ifset INTERNALS
6 @node Machine Desc
7 @chapter Machine Descriptions
8 @cindex machine descriptions
9
10 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
11 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
12
13 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
14 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
15 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
16 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
17 is inside a quoted string.
18
19 See the next chapter for information on the C header file.
20
21 @menu
22 * Patterns::            How to write instruction patterns.
23 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
24 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
25 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
26                           from such an insn.
27 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
28                           the assembler code.
29 * Constraints::         When not all operands are general operands.
30 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
31 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
32 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
33 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
34 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
35 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
36 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
37                          for a standard operation.
38 * Insn Splitting::    Splitting Instructions into Multiple Instructions
39 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
40 @end menu
41
42 @node Patterns
43 @section Everything about Instruction Patterns
44 @cindex patterns
45 @cindex instruction patterns
46
47 @findex define_insn
48 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
49 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
50 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
51 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
52
53 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
54
55 @enumerate
56 @item
57 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
58 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
59 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
60 the instruction patterns with those names, if the names are defined
61 in the machine description.
62
63 The absence of a name is indicated by writing an empty string
64 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
65 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
66 to be combined later on.
67
68 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
69 effect; they are equivalent to no name at all.
70
71 @item
72 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
73 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
74 incomplete because it may contain @code{match_operand},
75 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
76 operands of the instruction.
77
78 If the vector has only one element, that element is the template for the
79 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
80 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
81 elements described.
82
83 @item
84 @cindex pattern conditions
85 @cindex conditions, in patterns
86 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
87 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
88
89 @cindex named patterns and conditions
90 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
91 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
92 flags.  The compiler needs to test these conditions during
93 initialization in order to learn exactly which named instructions are
94 available in a particular run.
95
96 @findex operands
97 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
98 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
99 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
100 @code{operands}.
101
102 @item
103 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
104 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
105 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
106
107 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
108 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
109
110 @item
111 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
112 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
113 @end enumerate
114
115 @node Example
116 @section Example of @code{define_insn}
117 @cindex @code{define_insn} example
118
119 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
120
121 @example
122 (define_insn "tstsi"
123   [(set (cc0)
124         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
125   ""
126   "*
127 @{ if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
128     return \"tstl %0\";
129   return \"cmpl #0,%0\"; @}")
130 @end example
131
132 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
133 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
134 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
135 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
136 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
137 can be constructed using this pattern.
138
139 The output control string is a piece of C code which chooses which
140 output template to return based on the kind of operand and the specific
141 type of CPU for which code is being generated.
142
143 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
144
145 @node RTL Template
146 @section RTL Template
147 @cindex RTL insn template
148 @cindex generating insns
149 @cindex insns, generating
150 @cindex recognizing insns
151 @cindex insns, recognizing
152
153 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
154 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
155 says how to construct an insn from specified operands.
156
157 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
158 template.  Matching involves determining the values that serve as the
159 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
160 controlled by special expression types that direct matching and
161 substitution of the operands.
162
163 @table @code
164 @findex match_operand
165 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
166 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
167 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
168 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
169 appears at this position in the insn will be taken as operand
170 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
171 pattern will not match at all.
172
173 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
174 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
175 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
176 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
177 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
178 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
179 other operand numbers.
180
181 @var{predicate} is a string that is the name of a C function that accepts two
182 arguments, an expression and a machine mode.  During matching, the
183 function will be called with the putative operand as the expression and
184 @var{m} as the mode argument (if @var{m} is not specified,
185 @code{VOIDmode} will be used, which normally causes @var{predicate} to accept
186 any mode).  If it returns zero, this instruction pattern fails to match.
187 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be done
188 on the operand, so anything which occurs in this position is valid.
189
190 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
191 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
192 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
193 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
194 @code{VOIDmode}.
195
196 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
197 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
198
199 People are often unclear on the difference between the constraint and the
200 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
201 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
202 controls various decisions in the case of an insn which does match.
203
204 @findex general_operand
205 On CISC machines, the most common @var{predicate} is
206 @code{"general_operand"}.  This function checks that the putative
207 operand is either a constant, a register or a memory reference, and that
208 it is valid for mode @var{m}.
209
210 @findex register_operand
211 For an operand that must be a register, @var{predicate} should be
212 @code{"register_operand"}.  Using @code{"general_operand"} would be
213 valid, since the reload pass would copy any non-register operands
214 through registers, but this would make GNU CC do extra work, it would
215 prevent invariant operands (such as constant) from being removed from
216 loops, and it would prevent the register allocator from doing the best
217 possible job.  On RISC machines, it is usually most efficient to allow
218 @var{predicate} to accept only objects that the constraints allow.
219
220 @findex immediate_operand
221 For an operand that must be a constant, you must be sure to either use
222 @code{"immediate_operand"} for @var{predicate}, or make the instruction
223 pattern's extra condition require a constant, or both.  You cannot
224 expect the constraints to do this work!  If the constraints allow only
225 constants, but the predicate allows something else, the compiler will
226 crash when that case arises.
227
228 @findex match_scratch
229 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
230 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
231 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
232 expression.
233
234 When matching patterns, this is equivalent to
235
236 @smallexample
237 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
238 @end smallexample
239
240 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
241 expression.
242
243 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
244 expressions whose operands are either a hard register or
245 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
246 necessary.  @xref{Side Effects}.
247
248 @findex match_dup
249 @item (match_dup @var{n})
250 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
251 It is used when the operand needs to appear more than once in the
252 insn.
253
254 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
255 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
256 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
257 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
258 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
259 identical-looking expression.
260
261 @findex match_operator
262 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
263 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
264 code.
265
266 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
267 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
268 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
269
270 When matching an expression, it matches an expression if the function
271 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
272 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
273
274 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
275 follows, to match any expression whose operator is one of the
276 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
277
278 @smallexample
279 int
280 commutative_operator (x, mode)
281      rtx x;
282      enum machine_mode mode;
283 @{
284   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
285   if (GET_MODE (x) != mode)
286     return 0;
287   return (GET_RTX_CLASS (code) == 'c'
288           || code == EQ || code == NE);
289 @}
290 @end smallexample
291
292 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
293 of a commutative operator applied to two general operands:
294
295 @smallexample
296 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
297   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
298    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
299 @end smallexample
300
301 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
302 because the expressions to be matched all contain two operands.
303
304 When this pattern does match, the two operands of the commutative
305 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
306 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
307 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
308 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
309
310 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
311 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
312 predicate function, and that function is solely responsible for
313 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
314
315 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
316 the operation (i.e. the expression code) for the expression to be
317 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
318 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
319 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
320 only its expression code matters.
321
322 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
323 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
324 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
325 register allocation because the register allocator often looks at
326 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
327
328 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
329 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
330 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
331 However, if parts of its @var{operands} are matched by
332 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
333 their own.
334
335 @findex match_op_dup
336 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
337 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
338 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
339 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
340 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
341 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
342 recognition template, and it matches only an identical-looking
343 expression.
344
345 @findex match_parallel
346 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
347 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
348 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
349 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
350
351 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
352 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
353 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
354 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
355 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
356 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
357 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
358 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
359 those listed in the @code{match_parallel}.@refill
360
361 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
362 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
363 in a @code{parallel}.  For example,
364 @c the following is *still* going over.  need to change the code.
365 @c also need to work on grouping of this example.  --mew 1feb93
366
367 @smallexample
368 (define_insn ""
369   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
370      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
371            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
372       (use (reg:SI 179))
373       (clobber (reg:SI 179))])]
374   ""
375   "loadm 0,0,%1,%2")
376 @end smallexample
377
378 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
379 @code{load_multiple_operations} is defined in @file{a29k.c} and checks
380 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
381 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
382 registers and memory locations.
383
384 An insn that matches this pattern might look like:
385
386 @smallexample
387 (parallel
388  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
389   (use (reg:SI 179))
390   (clobber (reg:SI 179))
391   (set (reg:SI 21)
392        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
393                         (const_int 4))))
394   (set (reg:SI 22)
395        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
396                         (const_int 8))))])
397 @end smallexample
398
399 @findex match_par_dup
400 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
401 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
402 @code{match_operator}.
403
404 @findex address
405 @item (address (match_operand:@var{m} @var{n} "address_operand" ""))
406 This complex of expressions is a placeholder for an operand number
407 @var{n} in a ``load address'' instruction: an operand which specifies
408 a memory location in the usual way, but for which the actual operand
409 value used is the address of the location, not the contents of the
410 location.
411
412 @code{address} expressions never appear in RTL code, only in machine
413 descriptions.  And they are used only in machine descriptions that do
414 not use the operand constraint feature.  When operand constraints are
415 in use, the letter @samp{p} in the constraint serves this purpose.
416
417 @var{m} is the machine mode of the @emph{memory location being
418 addressed}, not the machine mode of the address itself.  That mode is
419 always the same on a given target machine (it is @code{Pmode}, which
420 normally is @code{SImode}), so there is no point in mentioning it;
421 thus, no machine mode is written in the @code{address} expression.  If
422 some day support is added for machines in which addresses of different
423 kinds of objects appear differently or are used differently (such as
424 the PDP-10), different formats would perhaps need different machine
425 modes and these modes might be written in the @code{address}
426 expression.
427 @end table
428
429 @node Output Template
430 @section Output Templates and Operand Substitution
431 @cindex output templates
432 @cindex operand substitution
433
434 @cindex @samp{%} in template
435 @cindex percent sign
436 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
437 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
438 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
439 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
440 identify places where different variants of the assembler require
441 different syntax.
442
443 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
444 operand @var{n} at that point in the string.
445
446 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
447 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
448 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
449 additional letters with nonstandard meanings.
450
451 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
452 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
453 operand.
454
455 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
456 the constant is negated before printing.
457
458 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
459 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
460 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
461 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
462 as if it were a memory reference.
463
464 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
465 instruction.
466
467 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
468 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
469 referred to more than once in a single template that generates multiple
470 assembler instructions.
471
472 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
473 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
474 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
475 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
476 which punctuation characters are valid with the
477 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
478
479 @cindex \
480 @cindex backslash
481 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
482 for the instructions, with @samp{\;} between them.
483
484 @cindex matching operands
485 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
486 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
487 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
488 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
489 operand.
490
491 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
492 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
493 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
494 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
495 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
496 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
497 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
498 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
499 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
500 it to do nothing.
501
502 @cindex @code{#} in template
503 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
504 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
505 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
506 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
507 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
508 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
509 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
510 instructions.
511
512 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
513 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
514 describe multiple variants of assembler language syntax.
515 @xref{Instruction Output}.
516
517 @node Output Statement
518 @section C Statements for Assembler Output
519 @cindex output statements
520 @cindex C statements for assembler output
521 @cindex generating assembler output
522
523 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
524 assembler code for all the cases that are recognized by a single
525 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
526 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
527 machine instructions.
528
529 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
530 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
531 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
532 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
533 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
534 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
535 might write this pattern:
536
537 @smallexample
538 (define_insn "addsi3"
539   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
540         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
541                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
542   ""
543   "@@
544    addr %2,%0
545    addm %2,%0")
546 @end smallexample
547
548 @cindex @code{*} in template
549 @cindex asterisk in template
550 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
551 output template but rather a piece of C program that should compute a
552 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
553 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
554 require doublequote characters to delimit them.  To include these
555 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
556
557 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
558 is @code{rtx []}.
559
560 It is very common to select different ways of generating assembler code
561 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
562 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
563 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
564 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
565 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
566 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
567 values of those bits.
568
569 @findex output_asm_insn
570 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
571 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
572 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
573 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
574 that you declare locally and initialize yourself.
575
576 @findex which_alternative
577 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
578 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
579 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
580 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
581 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
582 etc.).
583
584 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
585 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
586 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
587
588 @smallexample
589 (define_insn ""
590   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
591         (const_int 0))]
592   ""
593   "*
594   return (which_alternative == 0
595           ? \"clrreg %0\" : \"clrmem %0\");
596   ")
597 @end smallexample
598
599 The example above, where the assembler code to generate was
600 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
601 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
602
603 @smallexample
604 @group
605 (define_insn ""
606   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
607         (const_int 0))]
608   ""
609   "@@
610    clrreg %0
611    clrmem %0")
612 @end group
613 @end smallexample
614 @end ifset
615
616 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
617 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the full
618 @c manual's context are conditionalized to appear only in the full manual.
619 @ifset INTERNALS
620 @node Constraints
621 @section Operand Constraints
622 @cindex operand constraints
623 @cindex constraints
624
625 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify a
626 constraint for the type of operands allowed.
627 @end ifset
628 @ifclear INTERNALS
629 @node Constraints
630 @section Constraints for @code{asm} Operands
631 @cindex operand constraints, @code{asm}
632 @cindex constraints, @code{asm}
633 @cindex @code{asm} constraints
634
635 Here are specific details on what constraint letters you can use with
636 @code{asm} operands.
637 @end ifclear
638 Constraints can say whether
639 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
640 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
641 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
642 have.  Constraints can also require two operands to match.
643
644 @ifset INTERNALS
645 @menu
646 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
647 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
648 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
649 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
650 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
651 * No Constraints::      Describing a clean machine without constraints.
652 @end menu
653 @end ifset
654
655 @ifclear INTERNALS
656 @menu
657 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
658 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
659 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
660 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
661 @end menu
662 @end ifclear
663
664 @node Simple Constraints
665 @subsection Simple Constraints
666 @cindex simple constraints
667
668 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
669 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
670 the letters that are allowed:
671
672 @table @asis
673 @cindex @samp{m} in constraint
674 @cindex memory references in constraints
675 @item @samp{m}
676 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
677 supports in general.
678
679 @cindex offsettable address
680 @cindex @samp{o} in constraint
681 @item @samp{o}
682 A memory operand is allowed, but only if the address is
683 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
684 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
685 may be added to the address and the result is also a valid memory
686 address.
687
688 @cindex autoincrement/decrement addressing
689 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
690 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
691 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
692 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
693 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
694 addresses may or may not be offsettable depending on the other
695 addressing modes that the machine supports.
696
697 Note that in an output operand which can be matched by another
698 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
699 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
700 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
701
702 @cindex @samp{V} in constraint
703 @item @samp{V}
704 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
705 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
706
707 @cindex @samp{<} in constraint
708 @item @samp{<}
709 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
710 postdecrement) is allowed.
711
712 @cindex @samp{>} in constraint
713 @item @samp{>}
714 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
715 postincrement) is allowed.
716
717 @cindex @samp{r} in constraint
718 @cindex registers in constraints
719 @item @samp{r}
720 A register operand is allowed provided that it is in a general
721 register.
722
723 @cindex @samp{d} in constraint
724 @item @samp{d}, @samp{a}, @samp{f}, @dots{}
725 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
726 particular classes of registers.  @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are
727 defined on the 68000/68020 to stand for data, address and floating
728 point registers.
729
730 @cindex constants in constraints
731 @cindex @samp{i} in constraint
732 @item @samp{i}
733 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
734 This includes symbolic constants whose values will be known only at
735 assembly time.
736
737 @cindex @samp{n} in constraint
738 @item @samp{n}
739 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
740 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
741 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
742 rather than @samp{i}.
743
744 @cindex @samp{I} in constraint
745 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
746 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
747 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
748 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
749 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
750 This is the range permitted as a shift count in the shift
751 instructions.
752
753 @cindex @samp{E} in constraint
754 @item @samp{E}
755 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
756 allowed, but only if the target floating point format is the same as
757 that of the host machine (on which the compiler is running).
758
759 @cindex @samp{F} in constraint
760 @item @samp{F}
761 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
762 allowed.
763
764 @cindex @samp{G} in constraint
765 @cindex @samp{H} in constraint
766 @item @samp{G}, @samp{H}
767 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
768 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
769
770 @cindex @samp{s} in constraint
771 @item @samp{s}
772 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
773 allowed.
774
775 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
776 value not known at compile time, it certainly must allow any known
777 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
778 better code to be generated.
779
780 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
781 use an immediate operand; but if the immediate value is between -128
782 and 127, better code results from loading the value into a register and
783 using the register.  This is because the load into the register can be
784 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
785 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
786 range -128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
787 constraints.
788
789 @cindex @samp{g} in constraint
790 @item @samp{g}
791 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
792 registers that are not general registers.
793
794 @cindex @samp{X} in constraint
795 @item @samp{X}
796 @ifset INTERNALS
797 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
798 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
799 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
800 require a scratch register.
801 @end ifset
802 @ifclear INTERNALS
803 Any operand whatsoever is allowed.
804 @end ifclear
805
806 @cindex @samp{0} in constraint
807 @cindex digits in constraint
808 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
809 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
810 digit is used together with letters within the same alternative, the
811 digit should come last.
812
813 @cindex matching constraint
814 @cindex constraint, matching
815 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
816 that the assembler has only a single operand that fills two roles
817 @ifset INTERNALS
818 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
819 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
820 @end ifset
821 @ifclear INTERNALS
822 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
823 two input operands and an output operand, but on most CISC
824 @end ifclear
825 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
826 input-output operand:
827
828 @smallexample
829 addl #35,r12
830 @end smallexample
831
832 Matching constraints are used in these circumstances.
833 More precisely, the two operands that match must include one input-only
834 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
835 smaller number than the number of the operand that uses it in the
836 constraint.
837
838 @ifset INTERNALS
839 For operands to match in a particular case usually means that they
840 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
841 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
842 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
843 For proper results in such cases, the output template should always
844 use the output-operand's number when printing the operand.
845 @end ifset
846
847 @cindex load address instruction
848 @cindex push address instruction
849 @cindex address constraints
850 @cindex @samp{p} in constraint
851 @item @samp{p}
852 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
853 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
854
855 @findex address_operand
856 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
857 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
858 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
859 reference for which the address would be valid.
860
861 @cindex extensible constraints
862 @cindex @samp{Q}, in constraint
863 @item @samp{Q}, @samp{R}, @samp{S}, @dots{} @samp{U}
864 Letters in the range @samp{Q} through @samp{U} may be defined in a
865 machine-dependent fashion to stand for arbitrary operand types.
866 @ifset INTERNALS
867 The machine description macro @code{EXTRA_CONSTRAINT} is passed the
868 operand as its first argument and the constraint letter as its
869 second operand.
870
871 A typical use for this would be to distinguish certain types of
872 memory references that affect other insn operands.
873
874 Do not define these constraint letters to accept register references
875 (@code{reg}); the reload pass does not expect this and would not handle
876 it properly.
877 @end ifset
878 @end table
879
880 @ifset INTERNALS
881 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
882 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
883 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
884 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
885 done by copying an operand into a register.
886
887 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
888
889 @smallexample
890 (define_insn ""
891   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
892         (plus:SI (match_dup 0)
893                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
894   ""
895   "@dots{}")
896 @end smallexample
897
898 @noindent
899 which has two operands, one of which must appear in two places, and
900
901 @smallexample
902 (define_insn ""
903   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
904         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
905                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
906   ""
907   "@dots{}")
908 @end smallexample
909
910 @noindent
911 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
912 identical.  If we are considering an insn of the form
913
914 @smallexample
915 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
916   (set (reg:SI 3)
917        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
918   @dots{})
919 @end smallexample
920
921 @noindent
922 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
923 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
924 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns.''
925 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
926 is something wrong with it.''  It would direct the reload pass of the
927 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
928 results might look like this:
929
930 @smallexample
931 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
932   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
933   @dots{})
934
935 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
936   (set (reg:SI 3)
937        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
938   @dots{})
939 @end smallexample
940
941 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
942 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
943 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
944 for each possible combination of operand expressions, have at least one
945 alternative which can handle that combination of operands.)  The
946 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
947 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
948 reloading any possible operand so that it will fit.
949
950 @itemize @bullet
951 @item
952 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
953 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
954
955 For example, an operand whose constraints permit everything except
956 registers is safe provided its predicate rejects registers.
957
958 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
959 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
960 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
961 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
962 more selective.
963
964 @item
965 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
966 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
967 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
968 compiler knows how to copy a register into another register of the
969 proper class in order to make an instruction valid.
970
971 @cindex nonoffsettable memory reference
972 @cindex memory reference, nonoffsettable
973 @item
974 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
975 address into a register.  So if the constraint uses the letter
976 @samp{o}, all memory references are taken care of.
977
978 @item
979 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
980 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
981 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
982 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
983
984 @item
985 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
986 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
987 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
988 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
989 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
990 objects allowed by the constraint.
991 @end itemize
992
993 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
994 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
995 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
996 how to copy a register temporarily into memory.
997
998 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
999 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1000 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1001 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1002 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1003 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1004 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1005 @code{sign_extend}.
1006 @end ifset
1007
1008 @node Multi-Alternative
1009 @subsection Multiple Alternative Constraints
1010 @cindex multiple alternative constraints
1011
1012 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1013 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1014 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1015 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1016 another.
1017
1018 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1019 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1020 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1021 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1022 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1023 @ifset INTERNALS
1024 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1025
1026 @smallexample
1027 (define_insn "iorsi3"
1028   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1029         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1030                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1031   @dots{})
1032 @end smallexample
1033
1034 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1035 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1036 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1037 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1038 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1039 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1040 @end ifset
1041
1042 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1043 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1044 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1045 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1046 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1047 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1048 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1049
1050 @table @code
1051 @cindex @samp{?} in constraint
1052 @cindex question mark
1053 @item ?
1054 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1055 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1056 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1057 in it.
1058
1059 @cindex @samp{!} in constraint
1060 @cindex exclamation point
1061 @item !
1062 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1063 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1064 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1065 @end table
1066
1067 @ifset INTERNALS
1068 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1069 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1070 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1071 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1072 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1073 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1074 @end ifset
1075
1076 @ifset INTERNALS
1077 @node Class Preferences
1078 @subsection Register Class Preferences
1079 @cindex class preference constraints
1080 @cindex register class preference constraints
1081
1082 @cindex voting between constraint alternatives
1083 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1084 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1085 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1086 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1087 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1088 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1089 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1090 favor of a general register.  The machine description says which registers
1091 are considered general.
1092
1093 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1094 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1095 @end ifset
1096
1097 @node Modifiers
1098 @subsection Constraint Modifier Characters
1099 @cindex modifiers in constraints
1100 @cindex constraint modifier characters
1101
1102 @c prevent bad page break with this line
1103 Here are constraint modifier characters.
1104
1105 @table @samp
1106 @cindex @samp{=} in constraint
1107 @item =
1108 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1109 value is discarded and replaced by output data.
1110
1111 @cindex @samp{+} in constraint
1112 @item +
1113 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1114
1115 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1116 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1117 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1118 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1119 are assumed to be input only.
1120
1121 @cindex @samp{&} in constraint
1122 @cindex earlyclobber operand
1123 @item &
1124 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1125 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1126 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1127 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1128 address.
1129
1130 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1131 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1132 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1133 @samp{movdf} insn of the 68000.
1134
1135 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only 
1136 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1137 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1138 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber. 
1139 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM.
1140
1141 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1142
1143 @cindex @samp{%} in constraint
1144 @item %
1145 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1146 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1147 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1148 constraints.
1149 @ifset INTERNALS
1150 This is often used in patterns for addition instructions
1151 that really have only two operands: the result must go in one of the
1152 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1153 instruction is defined:
1154
1155 @smallexample
1156 (define_insn "addhi3"
1157   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1158      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1159               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1160   @dots{})
1161 @end smallexample
1162 @end ifset
1163
1164 @cindex @samp{#} in constraint
1165 @item #
1166 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1167 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1168 register preferences.
1169
1170 @ifset INTERNALS
1171 @cindex @samp{*} in constraint
1172 @item *
1173 Says that the following character should be ignored when choosing
1174 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1175 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1176
1177 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1178 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1179 copying it into an address register.  While either kind of register is
1180 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1181 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1182 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1183 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1184 register preferences.
1185
1186 @smallexample
1187 (define_insn "extendhisi2"
1188   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1189         (sign_extend:SI
1190          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1191   @dots{})
1192 @end smallexample
1193 @end ifset
1194 @end table
1195
1196 @node Machine Constraints
1197 @subsection Constraints for Particular Machines
1198 @cindex machine specific constraints
1199 @cindex constraints, machine specific
1200
1201 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1202 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1203 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1204 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1205 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1206 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1207 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1208 immediate-constant format.
1209
1210 For each machine architecture, the @file{config/@var{machine}.h} file
1211 defines additional constraints.  These constraints are used by the
1212 compiler itself for instruction generation, as well as for @code{asm}
1213 statements; therefore, some of the constraints are not particularly
1214 interesting for @code{asm}.  The constraints are defined through these
1215 macros:
1216
1217 @table @code
1218 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1219 Register class constraints (usually lower case).
1220
1221 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1222 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1223 word size or smaller precision (usually upper case).
1224
1225 @item CONST_DOUBLE_OK_FOR_LETTER_P
1226 Immediate constant constraints, for all floating point constants and for
1227 constants of greater than word size precision (usually upper case).
1228
1229 @item EXTRA_CONSTRAINT
1230 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1231 is only defined for some machines.
1232 @end table
1233
1234 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1235 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1236 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1237 available on some particular machines.
1238
1239 @table @emph
1240 @item ARM family---@file{arm.h}
1241 @table @code
1242 @item f
1243 Floating-point register
1244
1245 @item F
1246 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1247 or 10.0
1248
1249 @item G
1250 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1251 were negated
1252
1253 @item I
1254 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1255 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1256 multiple of 2
1257
1258 @item J
1259 Integer in the range -4095 to 4095
1260
1261 @item K
1262 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1263
1264 @item L
1265 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1266
1267 @item M
1268 Integer in the range 0 to 32
1269
1270 @item Q
1271 A memory reference where the exact address is in a single register
1272 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1273
1274 @item R
1275 An item in the constant pool
1276
1277 @item S
1278 A symbol in the text segment of the current file
1279 @end table
1280
1281 @item AMD 29000 family---@file{a29k.h}
1282 @table @code
1283 @item l
1284 Local register 0
1285
1286 @item b
1287 Byte Pointer (@samp{BP}) register
1288
1289 @item q
1290 @samp{Q} register
1291
1292 @item h
1293 Special purpose register
1294
1295 @item A
1296 First accumulator register
1297
1298 @item a
1299 Other accumulator register
1300
1301 @item f
1302 Floating point register
1303
1304 @item I
1305 Constant greater than 0, less than 0x100
1306
1307 @item J
1308 Constant greater than 0, less than 0x10000
1309
1310 @item K
1311 Constant whose high 24 bits are on (1)
1312
1313 @item L
1314 16 bit constant whose high 8 bits are on (1)
1315
1316 @item M
1317 32 bit constant whose high 16 bits are on (1)
1318
1319 @item N
1320 32 bit negative constant that fits in 8 bits
1321
1322 @item O
1323 The constant 0x80000000 or, on the 29050, any 32 bit constant
1324 whose low 16 bits are 0.
1325
1326 @item P
1327 16 bit negative constant that fits in 8 bits
1328
1329 @item G
1330 @itemx H
1331 A floating point constant (in @code{asm} statements, use the machine
1332 independent @samp{E} or @samp{F} instead)
1333 @end table
1334
1335 @item IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1336 @table @code
1337 @item b
1338 Address base register
1339
1340 @item f
1341 Floating point register
1342
1343 @item h
1344 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1345
1346 @item q
1347 @samp{MQ} register
1348
1349 @item c
1350 @samp{CTR} register
1351
1352 @item l
1353 @samp{LINK} register
1354
1355 @item x
1356 @samp{CR} register (condition register) number 0
1357
1358 @item y
1359 @samp{CR} register (condition register)
1360
1361 @item I
1362 Signed 16 bit constant
1363
1364 @item J
1365 Constant whose low 16 bits are 0
1366
1367 @item K
1368 Constant whose high 16 bits are 0
1369
1370 @item L
1371 Constant suitable as a mask operand
1372
1373 @item M
1374 Constant larger than 31
1375
1376 @item N
1377 Exact power of 2
1378
1379 @item O
1380 Zero
1381
1382 @item P
1383 Constant whose negation is a signed 16 bit constant
1384
1385 @item G
1386 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1387 instruction per word
1388
1389 @item Q
1390 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1391 for @code{asm} statements)
1392
1393 @item R
1394 AIX TOC entry
1395
1396 @item S
1397 Windows NT SYMBOL_REF
1398
1399 @item T
1400 Windows NT LABEL_REF
1401
1402 @item U
1403 System V Release 4 small data area reference
1404 @end table
1405
1406 @item Intel 386---@file{i386.h}
1407 @table @code
1408 @item q
1409 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register
1410
1411 @item A
1412 @samp{a}, or @code{d} register (for 64-bit ints)
1413
1414 @item f
1415 Floating point register
1416
1417 @item t
1418 First (top of stack) floating point register
1419
1420 @item u
1421 Second floating point register
1422
1423 @item a
1424 @samp{a} register
1425
1426 @item b
1427 @samp{b} register
1428
1429 @item c
1430 @samp{c} register
1431
1432 @item d
1433 @samp{d} register
1434
1435 @item D
1436 @samp{di} register
1437
1438 @item S
1439 @samp{si} register
1440
1441 @item I
1442 Constant in range 0 to 31 (for 32 bit shifts)
1443
1444 @item J
1445 Constant in range 0 to 63 (for 64 bit shifts)
1446
1447 @item K
1448 @samp{0xff}
1449
1450 @item L
1451 @samp{0xffff}
1452
1453 @item M
1454 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1455
1456 @item N
1457 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1458
1459 @item G
1460 Standard 80387 floating point constant
1461 @end table
1462
1463 @item Intel 960---@file{i960.h}
1464 @table @code
1465 @item f
1466 Floating point register (@code{fp0} to @code{fp3})
1467
1468 @item l
1469 Local register (@code{r0} to @code{r15})
1470
1471 @item b
1472 Global register (@code{g0} to @code{g15})
1473
1474 @item d
1475 Any local or global register
1476
1477 @item I
1478 Integers from 0 to 31
1479
1480 @item J
1481 0
1482
1483 @item K
1484 Integers from -31 to 0
1485
1486 @item G
1487 Floating point 0
1488
1489 @item H
1490 Floating point 1
1491 @end table
1492
1493 @item MIPS---@file{mips.h}
1494 @table @code
1495 @item d
1496 General-purpose integer register
1497
1498 @item f
1499 Floating-point register (if available)
1500
1501 @item h
1502 @samp{Hi} register
1503
1504 @item l
1505 @samp{Lo} register
1506
1507 @item x
1508 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
1509
1510 @item y
1511 General-purpose integer register
1512
1513 @item z
1514 Floating-point status register
1515
1516 @item I
1517 Signed 16 bit constant (for arithmetic instructions)
1518
1519 @item J
1520 Zero
1521
1522 @item K
1523 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
1524
1525 @item L
1526 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
1527
1528 @item M
1529 32 bit constant which requires two instructions to load (a constant
1530 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
1531
1532 @item N
1533 Negative 16 bit constant
1534
1535 @item O
1536 Exact power of two
1537
1538 @item P
1539 Positive 16 bit constant
1540
1541 @item G
1542 Floating point zero
1543
1544 @item Q
1545 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
1546 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1547
1548 @item R
1549 Memory reference that can be loaded with one instruction
1550 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1551
1552 @item S
1553 Memory reference in external OSF/rose PIC format
1554 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1555 @end table
1556
1557 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
1558 @table @code
1559 @item a
1560 Address register
1561
1562 @item d
1563 Data register
1564
1565 @item f
1566 68881 floating-point register, if available
1567
1568 @item x
1569 Sun FPA (floating-point) register, if available
1570
1571 @item y
1572 First 16 Sun FPA registers, if available
1573
1574 @item I
1575 Integer in the range 1 to 8
1576
1577 @item J
1578 16 bit signed number
1579
1580 @item K
1581 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
1582
1583 @item L
1584 Integer in the range -8 to -1
1585
1586 @item M
1587 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
1588
1589 @item G
1590 Floating point constant that is not a 68881 constant
1591
1592 @item H
1593 Floating point constant that can be used by Sun FPA
1594 @end table
1595
1596 @need 1000
1597 @item SPARC---@file{sparc.h}
1598 @table @code
1599 @item f
1600 Floating-point register that can hold 32 or 64 bit values.
1601
1602 @item e
1603 Floating-point register that can hold 64 or 128 bit values.
1604
1605 @item I
1606 Signed 13 bit constant
1607
1608 @item J
1609 Zero
1610
1611 @item K
1612 32 bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
1613 loaded with the @code{sethi} instruction)
1614
1615 @item G
1616 Floating-point zero
1617
1618 @item H
1619 Signed 13 bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
1620
1621 @item Q
1622 Memory reference that can be loaded with one instruction  (@samp{m} is
1623 more appropriate for @code{asm} statements)
1624
1625 @item S
1626 Constant, or memory address
1627
1628 @item T
1629 Memory address aligned to an 8-byte boundary
1630
1631 @item U
1632 Even register
1633 @end table
1634 @end table
1635
1636 @ifset INTERNALS
1637 @node No Constraints
1638 @subsection Not Using Constraints
1639 @cindex no constraints
1640 @cindex not using constraints
1641
1642 Some machines are so clean that operand constraints are not required.  For
1643 example, on the Vax, an operand valid in one context is valid in any other
1644 context.  On such a machine, every operand constraint would be @samp{g},
1645 excepting only operands of ``load address'' instructions which are
1646 written as if they referred to a memory location's contents but actual
1647 refer to its address.  They would have constraint @samp{p}.
1648
1649 @cindex empty constraints
1650 For such machines, instead of writing @samp{g} and @samp{p} for all
1651 the constraints, you can choose to write a description with empty constraints.
1652 Then you write @samp{""} for the constraint in every @code{match_operand}.
1653 Address operands are identified by writing an @code{address} expression
1654 around the @code{match_operand}, not by their constraints.
1655
1656 When the machine description has just empty constraints, certain parts
1657 of compilation are skipped, making the compiler faster.  However,
1658 few machines actually do not need constraints; all machine descriptions
1659 now in existence use constraints.
1660 @end ifset
1661
1662 @ifset INTERNALS
1663 @node Standard Names
1664 @section Standard Pattern Names For Generation
1665 @cindex standard pattern names
1666 @cindex pattern names
1667 @cindex names, pattern
1668
1669 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
1670 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
1671 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
1672 pattern to accomplish a certain task.
1673
1674 @table @asis
1675 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
1676 @item @samp{mov@var{m}}
1677 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lower case.
1678 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
1679 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
1680
1681 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
1682 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
1683 to store the specified value in the part of the register that corresponds
1684 to mode @var{m}.  The effect on the rest of the register is undefined.
1685
1686 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
1687 of these names @emph{must} be defined, because there is no other way
1688 to copy a datum from one place to another.
1689
1690 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
1691 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
1692 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
1693 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
1694 into a register.
1695
1696 @findex force_reg
1697 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
1698 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
1699 registers other than the operands.  For example, if you support the
1700 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
1701 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
1702 function which might generate new pseudo registers.
1703
1704 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
1705 fetching those modes from memory normally requires several insns and
1706 some temporary registers.  Look in @file{spur.md} to see how the
1707 requirement can be satisfied.
1708
1709 @findex change_address
1710 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
1711 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
1712 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
1713 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
1714 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
1715 an address into a valid address and no routine (such as
1716 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
1717 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
1718
1719 @findex reload_in_progress
1720 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
1721 declared if required) can be used to determine whether such special
1722 handling is required.
1723
1724 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
1725 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
1726 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
1727 machines explicit memory references will get optional reloads.
1728
1729 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
1730 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to reload.  But this
1731 is impossible during and after reload.  If there are cases needing
1732 scratch registers after reload, you must define
1733 @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and perhaps also
1734 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
1735 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
1736 them.  @xref{Register Classes}.
1737
1738 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
1739 register to any other hard register provided that
1740 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
1741 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
1742
1743 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
1744 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
1745 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
1746 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
1747 point members.
1748
1749 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
1750 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
1751 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
1752 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
1753 floating point registers, then the constraints of the fixed point
1754 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
1755 reload into a floating point register.
1756
1757 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
1758 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
1759 @item @samp{reload_in@var{m}}
1760 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
1761 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
1762 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
1763 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
1764 macro in @pxref{Register Classes}.
1765
1766 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
1767 @item @samp{movstrict@var{m}}
1768 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
1769 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
1770 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
1771 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
1772
1773 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
1774 @item @samp{load_multiple}
1775 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
1776 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
1777 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
1778 number of consecutive registers.
1779
1780 Define this only if the target machine really has such an instruction;
1781 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
1782 registers from memory is to do them one at a time.
1783
1784 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
1785 registers can be stored into memory, such as particular starting or
1786 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
1787 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
1788 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
1789
1790 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
1791 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
1792 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
1793 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
1794 @file{a29k.md} and @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn
1795 pattern.
1796
1797 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
1798 @item @samp{store_multiple}
1799 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
1800 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
1801 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
1802 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
1803
1804 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
1805 @item @samp{add@var{m}3}
1806 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
1807 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
1808 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
1809
1810 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
1811 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
1812 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
1813 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
1814 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
1815 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
1816 @cindex @code{smin@var{m}3} instruction pattern
1817 @cindex @code{smax@var{m}3} instruction pattern
1818 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
1819 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
1820 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
1821 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
1822 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
1823 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
1824 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}, @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
1825 @itemx @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}, @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
1826 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
1827 Similar, for other arithmetic operations.
1828
1829 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
1830 @item @samp{mulhisi3}
1831 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
1832 a @code{SImode} product in operand 0.
1833
1834 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
1835 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
1836 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
1837 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
1838
1839 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
1840 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
1841 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
1842 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
1843 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
1844 multiplication.
1845
1846 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
1847 @item @samp{mul@var{m}3_highpart}
1848 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
1849 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
1850 The least significant half of the product is discarded.
1851
1852 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
1853 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
1854 Similar, but the multiplication is unsigned.
1855
1856 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
1857 @item @samp{divmod@var{m}4}
1858 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
1859 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
1860 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
1861
1862 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
1863 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
1864 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
1865 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
1866 and remainder are computed.
1867
1868 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
1869 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
1870 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
1871 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
1872 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
1873
1874 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
1875 @item @samp{udivmod@var{m}4}
1876 Similar, but does unsigned division.
1877
1878 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
1879 @item @samp{ashl@var{m}3}
1880 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
1881 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
1882 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
1883 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
1884 mode before generating the instruction.
1885
1886 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
1887 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
1888 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
1889 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
1890 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
1891 Other shift and rotate instructions, analogous to the
1892 @code{ashl@var{m}3} instructions.
1893
1894 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
1895 @item @samp{neg@var{m}2}
1896 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
1897
1898 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
1899 @item @samp{abs@var{m}2}
1900 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
1901
1902 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
1903 @item @samp{sqrt@var{m}2}
1904 Store the square root of operand 1 into operand 0.
1905
1906 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
1907 corresponds to the C data type @code{double}.
1908
1909 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
1910 @item @samp{ffs@var{m}2}
1911 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
1912 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
1913 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
1914 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
1915 generating the instruction.
1916
1917 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
1918 corresponds to the C data type @code{int}.
1919
1920 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
1921 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
1922 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
1923
1924 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
1925 @item @samp{cmp@var{m}}
1926 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
1927 The RTL pattern should look like this:
1928
1929 @smallexample
1930 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
1931                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
1932 @end smallexample
1933
1934 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
1935 @item @samp{tst@var{m}}
1936 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
1937 The RTL pattern should look like this:
1938
1939 @smallexample
1940 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
1941 @end smallexample
1942
1943 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
1944 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
1945 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
1946 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
1947
1948 @cindex @code{movstr@var{m}} instruction pattern
1949 @item @samp{movstr@var{m}}
1950 Block move instruction.  The addresses of the destination and source
1951 strings are the first two operands, and both are in mode @code{Pmode}.
1952
1953 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
1954 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
1955 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
1956 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
1957 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
1958 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
1959 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
1960
1961 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
1962 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
1963 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
1964 it may provide the value 4 for this operand.
1965
1966 Descriptions of multiple @code{movstr@var{m}} patterns can only be
1967 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
1968 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
1969 in @code{movstr@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
1970 individually moved data units in the block.
1971
1972 These patterns need not give special consideration to the possibility
1973 that the source and destination strings might overlap.
1974
1975 @cindex @code{clrstr@var{m}} instruction pattern
1976 @item @samp{clrstr@var{m}}
1977 Block clear instruction.  The addresses of the destination string is the
1978 first operand, in mode @code{Pmode}.  The number of bytes to clear is
1979 the second operand, in mode @var{m}.  See @samp{movstr@var{m}} for
1980 a discussion of the choice of mode.
1981
1982 The third operand is the known alignment of the destination, in the form
1983 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
1984 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
1985 operand.
1986
1987 The use for multiple @code{clrstr@var{m}} is as for @code{movstr@var{m}}.
1988
1989 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
1990 @item @samp{cmpstr@var{m}}
1991 Block compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
1992 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
1993 of @samp{movstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
1994 byte by byte in lexicographic order.  The effect of the instruction is
1995 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
1996 comparison.
1997
1998 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
1999 @item @samp{strlen@var{m}}
2000 Compute the length of a string, with three operands.
2001 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
2002 a @code{mem} referring to the first character of the string,
2003 operand 2 is the character to search for (normally zero),
2004 and operand 3 is a constant describing the known alignment
2005 of the beginning of the string.
2006
2007 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
2008 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
2009 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
2010 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2011 @var{n}).
2012
2013 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
2014 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
2015 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
2016 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2017 @var{n}).
2018
2019 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
2020 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
2021 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2022 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
2023 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
2024 the value of operand 1 is an integer.
2025
2026 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
2027 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
2028 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2029 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
2030 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
2031 value of operand 1 is an integer.
2032
2033 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
2034 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
2035 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
2036 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
2037 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
2038
2039 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2040 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
2041 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
2042 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2043
2044 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2045 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
2046 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
2047 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2048
2049 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
2050 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
2051 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2052 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2053 point or both floating point.
2054
2055 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
2056 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
2057 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2058 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2059 point or both floating point.
2060
2061 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
2062 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
2063 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2064 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2065 point.
2066
2067 @cindex @code{extv} instruction pattern
2068 @item @samp{extv}
2069 Extract a bit field from operand 1 (a register or memory operand), where
2070 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
2071 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
2072 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
2073 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
2074 be valid for @code{word_mode}.
2075
2076 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2077 for operands 2 and 3.
2078
2079 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
2080 before it is stored in operand 0.
2081
2082 @cindex @code{extzv} instruction pattern
2083 @item @samp{extzv}
2084 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
2085
2086 @cindex @code{insv} instruction pattern
2087 @item @samp{insv}
2088 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a bit
2089 field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
2090 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
2091 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
2092 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
2093
2094 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2095 for operands 1 and 2.
2096
2097 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
2098 @item @samp{mov@var{mode}cc}
2099 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
2100 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
2101 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
2102
2103 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
2104 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
2105 conditionally move an integer value based on the floating point condition
2106 codes and vice versa.
2107
2108 If the machine does not have conditional move instructions, do not
2109 define these patterns.
2110
2111 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
2112 @item @samp{s@var{cond}}
2113 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
2114 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
2115 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
2116 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
2117
2118 You specify the mode that the operand must have when you write the
2119 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
2120 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
2121
2122 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
2123 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
2124 you should omit it from the machine description.  You describe to the
2125 compiler exactly which value is stored by defining the macro
2126 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
2127 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
2128 should omit those operations from the machine description.
2129
2130 These operations may fail, but should do so only in relatively
2131 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
2132 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
2133
2134 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
2135 that copies the constant one to the target and branches around an
2136 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
2137 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
2138 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
2139 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
2140 the machine description.
2141
2142 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
2143 @item @samp{b@var{cond}}
2144 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
2145 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
2146 condition @var{cond}.
2147
2148 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
2149 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
2150 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
2151 simply store the operands away and generate all the required insns in a
2152 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
2153 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
2154 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
2155 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
2156
2157 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
2158 where the mode used for the comparison depends on the condition being
2159 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}
2160
2161 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
2162 @samp{s@var{cond}} patterns.
2163
2164 @cindex @code{call} instruction pattern
2165 @item @samp{call}
2166 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
2167 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
2168 (in mode @code{SImode}, except it is normally a @code{const_int});
2169 operand 2 is the number of registers used as operands.
2170
2171 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
2172 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
2173 to put this information into the assembler code; they can put it in
2174 the RTL instead of operand 1.
2175
2176 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
2177 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
2178 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
2179 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
2180 instruction, the pattern for this operation should be a
2181 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
2182 address into a register and uses that register in the call instruction.
2183
2184 @cindex @code{call_value} instruction pattern
2185 @item @samp{call_value}
2186 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
2187 register in which the value is returned.  There are three more
2188 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
2189 instruction (but with numbers increased by one).
2190
2191 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
2192 insn.
2193
2194 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
2195 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
2196 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
2197 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
2198 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is non-zero.  They should emit a @code{parallel}
2199 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
2200 adjustment made to the frame pointer.
2201
2202 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be non-zero, the use of these
2203 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
2204 can be eliminated, if desired.
2205
2206 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
2207 @item @samp{untyped_call}
2208 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
2209 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
2210 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
2211 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2212 the saving of a function return value into the result block.
2213
2214 This instruction pattern should be defined to support
2215 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
2216 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
2217 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
2218 multiple registers that can hold a return value (i.e.
2219 @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
2220
2221 @cindex @code{return} instruction pattern
2222 @item @samp{return}
2223 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
2224 defined only if a single instruction can do all the work of returning
2225 from a function.
2226
2227 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
2228 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
2229 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
2230 some class of functions only requires one instruction to implement a
2231 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
2232 to save any registers or allocate stack space.
2233
2234 @findex reload_completed
2235 @findex leaf_function_p
2236 For such machines, the condition specified in this pattern should only
2237 be true when @code{reload_completed} is non-zero and the function's
2238 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
2239 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
2240 a register window push is required.
2241
2242 Machines that have conditional return instructions should define patterns
2243 such as
2244
2245 @smallexample
2246 (define_insn ""
2247   [(set (pc)
2248         (if_then_else (match_operator
2249                          0 "comparison_operator"
2250                          [(cc0) (const_int 0)])
2251                       (return)
2252                       (pc)))]
2253   "@var{condition}"
2254   "@dots{}")
2255 @end smallexample
2256
2257 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
2258 named @samp{return} pattern.
2259
2260 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
2261 @item @samp{untyped_return}
2262 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
2263 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
2264 instructions are needed to return a value of any type.
2265
2266 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
2267 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
2268 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2269 the restoring of a function return value from the result block.
2270
2271 @cindex @code{nop} instruction pattern
2272 @item @samp{nop}
2273 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
2274 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
2275 RTL pattern.
2276
2277 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
2278 @item @samp{indirect_jump}
2279 An instruction to jump to an address which is operand zero.
2280 This pattern name is mandatory on all machines.
2281
2282 @cindex @code{casesi} instruction pattern
2283 @item @samp{casesi}
2284 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
2285 This instruction takes five operands:
2286
2287 @enumerate
2288 @item
2289 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
2290
2291 @item
2292 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
2293
2294 @item
2295 The total range of indices in the table---the largest index
2296 minus the smallest one (both inclusive).
2297
2298 @item
2299 A label that precedes the table itself.
2300
2301 @item
2302 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
2303 (If the machine-description macro @code{CASE_DROPS_THROUGH} is defined,
2304 then an out-of-bounds index drops through to the code following
2305 the jump table instead of jumping to this label.  In that case,
2306 this label is not actually used by the @samp{casesi} instruction,
2307 but it is always provided as an operand.)
2308 @end enumerate
2309
2310 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
2311 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
2312 difference between the upper bound and the lower bound.
2313
2314 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
2315 @item @samp{tablejump}
2316 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
2317 capability which can be used to implement a dispatch table when there
2318 is no @samp{casesi} pattern.
2319
2320 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
2321 which should immediately precede the jump table.  If the macro
2322 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
2323 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
2324 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
2325 mode @code{Pmode}.
2326
2327 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
2328 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
2329 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
2330 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
2331
2332 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
2333 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
2334 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
2335 into operand 0.
2336
2337 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
2338 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
2339 and also has mode @code{Pmode}.
2340
2341 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
2342 the address of the function which would be called if the function
2343 pointer were used in an indirect call.
2344
2345 Only define this pattern if function pointers on the target machine
2346 can have different values but still call the same function when
2347 used in an indirect call.
2348
2349 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
2350 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
2351 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
2352 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
2353 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
2354 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
2355 @item @samp{save_stack_block}
2356 @itemx @samp{save_stack_function}
2357 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
2358 @itemx @samp{restore_stack_block}
2359 @itemx @samp{restore_stack_function}
2360 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
2361 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
2362 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
2363 such machines.
2364
2365 Some machines require special handling for stack pointer saves and
2366 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
2367 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
2368 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
2369 saves and restores are:
2370
2371 @enumerate
2372 @item
2373 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
2374 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
2375 restores the stack pointer when the block is exited.
2376
2377 @item
2378 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
2379 similar job for the outermost block of a function and are used when the
2380 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
2381 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
2382 restore sequence on some machines.
2383
2384 @item
2385 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
2386 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
2387 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
2388 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
2389 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
2390 and restoring additional data such as register window information or
2391 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
2392 such required data.
2393 @end enumerate
2394
2395 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
2396 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area is the
2397 mode of operand 0.  You must specify an integral mode, or
2398 @code{VOIDmode} if no save area is needed for a particular type of save
2399 (either because no save is needed or because a machine-specific save
2400 area can be used).  Operand 0 is the stack pointer and operand 1 is the
2401 save area for restore operations.  If @samp{save_stack_block} is
2402 defined, operand 0 must not be @code{VOIDmode} since these saves can be
2403 arbitrarily nested.
2404
2405 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
2406 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
2407 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
2408
2409 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
2410 @item @samp{allocate_stack}
2411 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
2412 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
2413
2414 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
2415 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
2416 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
2417 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
2418 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
2419 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
2420 stack is free.
2421
2422 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
2423 Some machines require other operations such as stack probes or
2424 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
2425 operations in addition to updating the stack pointer.
2426
2427 @cindex @code{probe} instruction pattern
2428 @item @samp{probe}
2429 Some machines require instructions to be executed after space is
2430 allocated from the stack, for example to generate a reference at
2431 the bottom of the stack.
2432
2433 If you need to emit instructions before the stack has been adjusted,
2434 put them into the @samp{allocate_stack} pattern.  Otherwise, define
2435 this pattern to emit the required instructions.
2436
2437 No operands are provided.
2438
2439 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
2440 @item @samp{check_stack}
2441 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
2442 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
2443 to perform the needed check and signaling an error if the stack
2444 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
2445 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
2446 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
2447 limit from a global or thread-specific variable or register.
2448
2449 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
2450 @item @samp{nonlocal_goto}
2451 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
2452 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
2453 each representing a value to be used in the jump.  The first
2454 argument is to be loadedd into the frame pointer, the second is
2455 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
2456 the third is the address of a location where the stack is saved,
2457 and the last is the address of the label, to be placed in the
2458 location for the incoming static chain.
2459
2460 On most machines you need not define this pattern, since GNU CC will
2461 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
2462 and static chain, restore the stack (using the
2463 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
2464 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
2465 not work on your machine.
2466
2467 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
2468 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
2469 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
2470 nonlocal goto after the code already generated by GNU CC.  You will not
2471 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
2472 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
2473 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
2474 goto only ocurrs within a unit-of-translation, so a global table pointer
2475 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
2476 There are no arguments.
2477
2478 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
2479 @item @samp{exception_receiver}
2480 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
2481 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
2482 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
2483 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
2484 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
2485 an exception.  There are no arguments.
2486
2487 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
2488 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
2489 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
2490 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
2491 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
2492 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
2493 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
2494 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
2495 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
2496 the first three are normally used by the generic mechanism.
2497
2498 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
2499 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
2500 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
2501 builtin setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
2502 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
2503 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
2504 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
2505 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
2506 at a small offset from that label.
2507
2508 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
2509 @item @samp{builtin_longjmp}
2510 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
2511 You will not normally need to define this pattern unless you also define
2512 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
2513 @code{jmp_buf}.
2514 @end table
2515
2516 @node Pattern Ordering
2517 @section When the Order of Patterns Matters
2518 @cindex Pattern Ordering
2519 @cindex Ordering of Patterns
2520
2521 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
2522 pattern that appears first in the machine description is the one used.
2523 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
2524 and faster instructions (those that will produce better code when they
2525 do match) should usually go first in the description.
2526
2527 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
2528 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
2529 instruction for converting a fullword to floating point and another
2530 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
2531 an integer to floating point could match either one.  We put the
2532 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
2533 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
2534 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
2535 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
2536 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
2537 constant value.
2538
2539 @node Dependent Patterns
2540 @section Interdependence of Patterns
2541 @cindex Dependent Patterns
2542 @cindex Interdependence of Patterns
2543
2544 Every machine description must have a named pattern for each of the
2545 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
2546 must always have the form
2547
2548 @example
2549 (set (pc)
2550      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
2551                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
2552                    (pc)))
2553 @end example
2554
2555 @noindent
2556 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
2557 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
2558 look like
2559
2560 @example
2561 (set (pc)
2562      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
2563                    (pc)
2564                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
2565 @end example
2566
2567 @noindent
2568 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
2569 branches into reverse-conditional branches.
2570
2571 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
2572 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
2573 example,
2574
2575 @example
2576 (define_insn ""
2577   [(set (pc)
2578         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
2579                                       [(cc0) (const_int 0)])
2580                       (pc)
2581                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
2582   "@var{condition}"
2583   "@dots{}")
2584 @end example
2585
2586 In some cases machines support instructions identical except for the
2587 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
2588 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
2589 patterns are
2590
2591 @example
2592 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
2593      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
2594
2595 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
2596      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
2597 @end example
2598
2599 @noindent
2600 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
2601 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
2602 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
2603 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
2604 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
2605 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
2606
2607 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
2608 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
2609 compilations.
2610
2611 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
2612 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
2613 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
2614 you should not provide separate patterns for increment and decrement
2615 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
2616 that supports register-register add insns by examining the operands and
2617 generating the appropriate machine instruction.
2618
2619 @node Jump Patterns
2620 @section Defining Jump Instruction Patterns
2621 @cindex jump instruction patterns
2622 @cindex defining jump instruction patterns
2623
2624 For most machines, GNU CC assumes that the machine has a condition code.
2625 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
2626 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
2627 insn tests the condition code and branches or not according its value.
2628 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
2629 common machines, such as the Vax, the 68000 and the 32000, work this
2630 way.
2631
2632 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
2633 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
2634 these machines is to treat them just like the others until the final stage
2635 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
2636 compare instruction, peek ahead at the following branch using
2637 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
2638 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
2639 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
2640 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
2641 can treat signed and unsigned branches identically.
2642
2643 The reason you can do this is that GNU CC always generates a pair of
2644 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
2645 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
2646 until the end.
2647
2648 To go with this technique, you must define the machine-description macro
2649 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
2650 compare instruction is superfluous.
2651
2652 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
2653 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
2654 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
2655 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
2656 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
2657
2658 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
2659 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
2660 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
2661 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
2662 above in addition to any special patterns you define.
2663
2664 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
2665 code and there may not even be a separate condition code register.  On
2666 these machines, the restriction that the definition and use of the
2667 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
2668 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
2669 delay for taken branches unless the condition code register is set three
2670 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
2671 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
2672 separate the definition and use of the condition code register.
2673
2674 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
2675 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
2676 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
2677 comparison result can be placed in any general register, or if there are
2678 multiple condition registers, use a pseudo register.
2679
2680 @findex prev_cc0_setter
2681 @findex next_cc0_user
2682 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
2683 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
2684 Sparc, setting the condition code directly from an add or subtract
2685 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
2686 instruction does, so a different branch instruction must be used for
2687 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
2688 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
2689 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
2690 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
2691 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
2692 and @code{next_cc0_user}.
2693
2694 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
2695 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
2696 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
2697 we use the machine mode of the condition code register to record
2698 different formats of the condition code register.
2699
2700 Registers used to store the condition code value should have a mode that
2701 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
2702 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
2703 the Sparc), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
2704 additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
2705 @code{EXTRA_CC_NAMES} to list the names of those modes and
2706 @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
2707
2708 If it is known during RTL generation that a different mode will be
2709 required (for example, if the machine has separate compare instructions
2710 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
2711 be specified at that time.
2712
2713 If the cases that require different modes would be made by instruction
2714 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
2715 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
2716 written using that mode.  To support the case of the add on the Sparc
2717 discussed above, we have the pattern
2718
2719 @smallexample
2720 (define_insn ""
2721   [(set (reg:CC_NOOV 0)
2722         (compare:CC_NOOV
2723           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
2724                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
2725           (const_int 0)))]
2726   ""
2727   "@dots{}")
2728 @end smallexample
2729
2730 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the Sparc returns @code{CC_NOOVmode}
2731 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
2732
2733 @node Insn Canonicalizations
2734 @section Canonicalization of Instructions
2735 @cindex canonicalization of instructions
2736 @cindex insn canonicalization
2737
2738 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
2739 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
2740 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
2741 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
2742 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
2743 number of insn patterns required.
2744
2745 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
2746 are performed:
2747
2748 @itemize @bullet
2749 @item
2750 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
2751 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
2752 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
2753 be supplied.
2754
2755 @cindex @code{neg}, canonicalization of
2756 @cindex @code{not}, canonicalization of
2757 @cindex @code{mult}, canonicalization of
2758 @cindex @code{plus}, canonicalization of
2759 @cindex @code{minus}, canonicalization of
2760 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
2761 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
2762 first operand.
2763
2764 @cindex @code{compare}, canonicalization of
2765 @item
2766 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
2767 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
2768 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
2769 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
2770 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
2771 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
2772 such an instruction.
2773
2774 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
2775 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
2776 above.
2777
2778 @item
2779 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
2780 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
2781
2782 @item
2783 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
2784 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
2785
2786 @cindex @code{ior}, canonicalization of
2787 @cindex @code{and}, canonicalization of
2788 @cindex De Morgan's law
2789 @item
2790 De`Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
2791 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
2792 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
2793
2794 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
2795 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
2796 for that instruction as
2797
2798 @example
2799 (define_insn ""
2800   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2801         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
2802                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
2803   "@dots{}"
2804   "@dots{}")
2805 @end example
2806
2807 @noindent
2808 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
2809
2810 @example
2811 (define_insn ""
2812   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2813         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
2814                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
2815   "@dots{}"
2816   "@dots{}")
2817 @end example
2818
2819 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
2820 logically equivalent RTL expressions.
2821
2822 @cindex @code{xor}, canonicalization of
2823 @item
2824 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
2825 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
2826 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.@refill
2827
2828 @item
2829 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
2830 the form
2831
2832 @example
2833 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
2834 @end example
2835
2836 @item
2837 On machines that do not use @code{cc0},
2838 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
2839 @var{x}.@refill
2840
2841 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
2842 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
2843 @item
2844 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
2845 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
2846 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
2847
2848 @end itemize
2849
2850 @node Peephole Definitions
2851 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
2852 @cindex peephole optimizer definitions
2853 @cindex defining peephole optimizers
2854
2855 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
2856 definitions of machine-specific peephole optimizations.
2857
2858 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
2859 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
2860 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
2861 though the second one does not appear to use a register computed in the
2862 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
2863 opportunities.
2864
2865 @need 1000
2866 A definition looks like this:
2867
2868 @smallexample
2869 (define_peephole
2870   [@var{insn-pattern-1}
2871    @var{insn-pattern-2}
2872    @dots{}]
2873   "@var{condition}"
2874   "@var{template}"
2875   "@var{optional insn-attributes}")
2876 @end smallexample
2877
2878 @noindent
2879 The last string operand may be omitted if you are not using any
2880 machine-specific information in this machine description.  If present,
2881 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
2882
2883 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
2884 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
2885 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
2886 the next, and so on.@refill
2887
2888 Each of the insns matched by a peephole must also match a
2889 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
2890 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
2891 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
2892 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
2893 stages.
2894
2895 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
2896 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
2897 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
2898 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
2899 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
2900 other.
2901
2902 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
2903 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
2904 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
2905 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
2906 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
2907
2908 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
2909 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
2910 previously tested.
2911
2912 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
2913 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
2914 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
2915 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
2916 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
2917 patterns.
2918
2919 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
2920 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
2921 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
2922 the operands.
2923
2924 @findex prev_active_insn
2925 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
2926 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
2927 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
2928 to refer to the last of the insns being matched; use
2929 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
2930
2931 @findex dead_or_set_p
2932 When optimizing computations with intermediate results, you can use
2933 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
2934 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
2935 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
2936 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
2937 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
2938 value (from @code{operands[@var{i}]}).@refill
2939
2940 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
2941 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
2942 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
2943 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
2944 used in matching the original sequence of insns.
2945
2946 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
2947 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
2948 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
2949 as the insn pattern to control how the insn is output.
2950
2951 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
2952 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
2953
2954 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
2955
2956 @smallexample
2957 (define_peephole
2958   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
2959    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
2960         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
2961   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
2962   "*
2963 @{
2964   rtx xoperands[2];
2965   xoperands[1] = gen_rtx (REG, SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
2966 #ifdef MOTOROLA
2967   output_asm_insn (\"move.l %1,(sp)\", xoperands);
2968   output_asm_insn (\"move.l %1,-(sp)\", operands);
2969   return \"fmove.d (sp)+,%0\";
2970 #else
2971   output_asm_insn (\"movel %1,sp@@\", xoperands);
2972   output_asm_insn (\"movel %1,sp@@-\", operands);
2973   return \"fmoved sp@@+,%0\";
2974 #endif
2975 @}
2976 ")
2977 @end smallexample
2978
2979 @need 1000
2980 The effect of this optimization is to change
2981
2982 @smallexample
2983 @group
2984 jbsr _foobar
2985 addql #4,sp
2986 movel d1,sp@@-
2987 movel d0,sp@@-
2988 fmoved sp@@+,fp0
2989 @end group
2990 @end smallexample
2991
2992 @noindent
2993 into
2994
2995 @smallexample
2996 @group
2997 jbsr _foobar
2998 movel d1,sp@@
2999 movel d0,sp@@-
3000 fmoved sp@@+,fp0
3001 @end group
3002 @end smallexample
3003
3004 @ignore
3005 @findex CC_REVERSED
3006 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
3007 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
3008 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
3009 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
3010 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
3011 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
3012 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
3013 and in this C code check the condition code status flags and change the
3014 assembler code as appropriate.
3015 @end ignore
3016
3017 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
3018 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
3019 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
3020 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
3021 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
3022 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
3023 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
3024 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
3025 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
3026
3027 @smallexample
3028 (define_insn "divmodsi4"
3029   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
3030         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
3031                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
3032    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
3033         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
3034   "TARGET_68020"
3035   "divsl%.l %2,%3:%0")
3036 @end smallexample
3037
3038 @noindent
3039 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
3040
3041 @smallexample
3042 (define_peephole
3043   [@dots{}
3044    (parallel
3045     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
3046           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
3047                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
3048      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
3049           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
3050    @dots{}]
3051   @dots{})
3052 @end smallexample
3053
3054 @node Expander Definitions
3055 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
3056 @cindex expander definitions
3057 @cindex code generation RTL sequences
3058 @cindex defining RTL sequences for code generation
3059
3060 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
3061 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
3062 represent them.  For these target machines, you can write a
3063 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL.
3064
3065 @findex define_expand
3066 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
3067 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
3068 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
3069
3070 A @code{define_expand} RTX has four operands:
3071
3072 @itemize @bullet
3073 @item
3074 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
3075 use for it is to refer to it by name.
3076
3077 @findex define_peephole
3078 @item
3079 The RTL template.  This is just like the RTL template for a
3080 @code{define_peephole} in that it is a vector of RTL expressions
3081 each being one insn.
3082
3083 @item
3084 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
3085 used to express how the availability of this pattern depends on
3086 subclasses of target machine, selected by command-line options when GNU
3087 CC is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
3088 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
3089 depend on the data in the insn being matched, but only the
3090 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
3091 during initialization in order to learn exactly which named instructions
3092 are available in a particular run.
3093
3094 @item
3095 The preparation statements, a string containing zero or more C
3096 statements which are to be executed before RTL code is generated from
3097 the RTL template.
3098
3099 Usually these statements prepare temporary registers for use as
3100 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
3101 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
3102 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
3103 @end itemize
3104
3105 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
3106 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
3107 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
3108 it.
3109
3110 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
3111 also describes the operands that need to be specified when this pattern
3112 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
3113
3114 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
3115 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
3116 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
3117 predicate into the tables that record such things.  GNU CC uses the
3118 information to preload the operand into a register if that is required for
3119 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
3120 references should use @code{match_dup}.
3121
3122 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
3123 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
3124 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
3125 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
3126 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
3127 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
3128 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
3129 compute the values and store them into the appropriate elements of
3130 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
3131
3132 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
3133 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
3134 as a statement.
3135
3136 @table @code
3137
3138 @findex DONE
3139 @item DONE
3140 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
3141 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
3142 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
3143 preparation statements; the RTL template will not be generated.
3144
3145 @findex FAIL
3146 @item FAIL
3147 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
3148 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
3149 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
3150
3151 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
3152 shifting, etc.) and bitfield (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
3153 operations.
3154 @end table
3155
3156 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
3157
3158 @smallexample
3159 @group
3160 (define_expand "ashlsi3"
3161   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3162         (ashift:SI
3163 @end group
3164 @group
3165           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
3166           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
3167   ""
3168   "
3169 @end group
3170 @end smallexample
3171
3172 @smallexample
3173 @group
3174 @{
3175   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
3176       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
3177     FAIL;
3178 @}")
3179 @end group
3180 @end smallexample
3181
3182 @noindent
3183 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
3184 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
3185 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
3186 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
3187 library call).
3188
3189 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
3190 patterns with names, then it would be possible to use a
3191 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
3192 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
3193
3194 @smallexample
3195 (define_expand "zero_extendhisi2"
3196   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
3197         (const_int 0))
3198    (set (strict_low_part
3199           (subreg:HI
3200             (match_dup 0)
3201             0))
3202         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
3203   ""
3204   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
3205 @end smallexample
3206
3207 @noindent
3208 @findex make_safe_from
3209 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
3210 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
3211 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
3212 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
3213 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
3214 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
3215 by emitting another RTL insn.
3216
3217 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
3218 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
3219 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
3220 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
3221 on this machine.  So it must be copied into a register with
3222 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
3223
3224 @smallexample
3225 (define_expand "zero_extendhisi2"
3226   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3227         (and:SI (subreg:SI
3228                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
3229                   0)
3230                 (match_dup 2)))]
3231   ""
3232   "operands[2]
3233      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
3234 @end smallexample
3235
3236 @strong{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
3237 standard binary or unary arithmetic operation or a bitfield operation,
3238 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
3239 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
3240 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
3241 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
3242 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
3243 in the compiler.@refill
3244
3245 @node Insn Splitting
3246 @section Defining How to Split Instructions
3247 @cindex insn splitting
3248 @cindex instruction splitting
3249 @cindex splitting instructions
3250
3251 There are two cases where you should specify how to split a pattern into
3252 multiple insns.  On machines that have instructions requiring delay
3253 slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose output is
3254 not available for multiple cycles (@pxref{Function Units}), the compiler
3255 phases that optimize these cases need to be able to move insns into
3256 one-instruction delay slots.  However, some insns may generate more than one
3257 machine instruction.  These insns cannot be placed into a delay slot.
3258
3259 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
3260 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
3261 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
3262 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
3263 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
3264 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
3265 scheduling.
3266
3267 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
3268 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
3269 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
3270 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
3271 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
3272 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
3273 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
3274 split the addition into two insns is machine-dependent.
3275
3276 @cindex define_split
3277 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
3278 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
3279
3280 @smallexample
3281 (define_split
3282   [@var{insn-pattern}]
3283   "@var{condition}"
3284   [@var{new-insn-pattern-1}
3285    @var{new-insn-pattern-2}
3286    @dots{}]
3287   "@var{preparation statements}")
3288 @end smallexample
3289
3290 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
3291 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
3292 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
3293 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
3294 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
3295 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
3296
3297 The @var{preparation statements} are similar to those statements that
3298 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3299 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
3300 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
3301 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
3302 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
3303 must not allocate any space in the stack frame.
3304
3305 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
3306 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
3307 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
3308 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
3309 @code{reload_completed} is non-zero, is known to satisfy the constraints
3310 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
3311 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
3312 @code{reload_completed} is non-zero, must also satisfy the constraints
3313 of those definitions.
3314
3315 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
3316 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
3317 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
3318
3319 @smallexample
3320 (define_split
3321   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
3322         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
3323   ""
3324   [(set (match_dup 0)
3325         (ashift:SI (match_dup 1)
3326                    (const_int 16)))
3327    (set (match_dup 0)
3328         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
3329                      (const_int 16)))]
3330   "
3331 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
3332 @end smallexample
3333
3334 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
3335 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
3336 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
3337 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
3338 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
3339 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
3340 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
3341 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
3342 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
3343 @code{define_split} that will never produce insns that match).
3344
3345 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
3346 @file{rs6000.md}:
3347
3348 @smallexample
3349 (define_split
3350   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
3351         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
3352                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
3353   ""
3354   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
3355    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
3356 "
3357 @{
3358   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
3359   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
3360
3361   if (low & 0x8000)
3362     high++, low |= 0xffff0000;
3363
3364   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
3365   operands[4] = GEN_INT (low);
3366 @}")
3367 @end smallexample
3368
3369 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
3370 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
3371 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
3372 can be substituted into the address of a subsequent operation.
3373
3374 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
3375 an equality comparison of a register and a large constant:
3376
3377 @smallexample
3378 (define_split
3379   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
3380         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
3381                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
3382    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
3383   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
3384    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
3385        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
3386   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
3387    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
3388   "
3389 @{
3390   /* Get the constant we are comparing against, C, and see what it
3391      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
3392      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.  */
3393
3394   int c = INTVAL (operands[2]);
3395   int sextc = (c << 16) >> 16;
3396   int xorv = c ^ sextc;
3397
3398   operands[4] = GEN_INT (xorv);
3399   operands[5] = GEN_INT (sextc);
3400 @}")
3401 @end smallexample
3402
3403 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
3404 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
3405 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
3406 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
3407 are not valid.
3408
3409 @node Insn Attributes
3410 @section Instruction Attributes
3411 @cindex insn attributes
3412 @cindex instruction attributes
3413
3414 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
3415 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
3416 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
3417 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
3418 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
3419 to track the condition codes.
3420
3421 @menu
3422 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
3423 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
3424 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
3425 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
3426 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
3427 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
3428 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
3429 * Function Units::      Specifying information for insn scheduling.
3430 @end menu
3431
3432 @node Defining Attributes
3433 @subsection Defining Attributes and their Values
3434 @cindex defining attributes and their values
3435 @cindex attributes, defining
3436
3437 @findex define_attr
3438 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
3439 by the target machine.  It looks like:
3440
3441 @smallexample
3442 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
3443 @end smallexample
3444
3445 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
3446
3447 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
3448 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
3449 indicate that the attribute takes numeric values.
3450
3451 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
3452 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
3453 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
3454 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
3455 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
3456
3457 @findex insn-attr.h
3458 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
3459 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
3460 specified for an attribute, the following are defined:
3461
3462 @itemize @bullet
3463 @item
3464 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
3465
3466 @item
3467 An enumeral class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
3468 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
3469 the attribute name and value are first converted to upper case.
3470
3471 @item
3472 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
3473 returns the attribute value for that insn.
3474 @end itemize
3475
3476 For example, if the following is present in the @file{md} file:
3477
3478 @smallexample
3479 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
3480 @end smallexample
3481
3482 @noindent
3483 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
3484
3485 @smallexample
3486 #define HAVE_ATTR_type
3487 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
3488                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
3489 extern enum attr_type get_attr_type ();
3490 @end smallexample
3491
3492 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
3493 defined and the function to obtain the attribute's value will return
3494 @code{int}.
3495
3496 @node Expressions
3497 @subsection Attribute Expressions
3498 @cindex attribute expressions
3499
3500 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
3501 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
3502 Attribute value expressions must have one of the following forms:
3503
3504 @table @code
3505 @cindex @code{const_int} and attributes
3506 @item (const_int @var{i})
3507 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
3508 must be non-negative.
3509
3510 The value of a numeric attribute can be specified either with a
3511 @code{const_int} or as an integer represented as a string in
3512 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), and @code{set_attr}
3513 (@pxref{Tagging Insns}) expressions.
3514
3515 @cindex @code{const_string} and attributes
3516 @item (const_string @var{value})
3517 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
3518 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
3519 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
3520 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
3521 of a @code{define_attr}.@refill
3522
3523 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
3524 must be a string containing a non-negative integer (normally
3525 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
3526 contain one of the valid values for the attribute.
3527
3528 @cindex @code{if_then_else} and attributes
3529 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
3530 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
3531 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
3532 otherwise it is @var{false-value}.
3533
3534 @cindex @code{cond} and attributes
3535 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
3536 The first operand of this expression is a vector containing an even
3537 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
3538 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
3539 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
3540 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
3541 expression is that of the @var{default} expression.
3542 @end table
3543
3544 @var{test} expressions can have one of the following forms:
3545
3546 @table @code
3547 @cindex @code{const_int} and attribute tests
3548 @item (const_int @var{i})
3549 This test is true if @var{i} is non-zero and false otherwise.
3550
3551 @cindex @code{not} and attributes
3552 @cindex @code{ior} and attributes
3553 @cindex @code{and} and attributes
3554 @item (not @var{test})
3555 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
3556 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
3557 These tests are true if the indicated logical function is true.
3558
3559 @cindex @code{match_operand} and attributes
3560 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
3561 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
3562 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
3563 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
3564 @var{pred} returns a non-zero value when passed operand @var{n} and mode
3565 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
3566 string).
3567
3568 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
3569
3570 @cindex @code{le} and attributes
3571 @cindex @code{leu} and attributes
3572 @cindex @code{lt} and attributes
3573 @cindex @code{gt} and attributes
3574 @cindex @code{gtu} and attributes
3575 @cindex @code{ge} and attributes
3576 @cindex @code{geu} and attributes
3577 @cindex @code{ne} and attributes
3578 @cindex @code{eq} and attributes
3579 @cindex @code{plus} and attributes
3580 @cindex @code{minus} and attributes
3581 @cindex @code{mult} and attributes
3582 @cindex @code{div} and attributes
3583 @cindex @code{mod} and attributes
3584 @cindex @code{abs} and attributes
3585 @cindex @code{neg} and attributes
3586 @cindex @code{ashift} and attributes
3587 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
3588 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
3589 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
3590 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
3591 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
3592 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
3593 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
3594 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
3595 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
3596 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
3597 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
3598 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
3599 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
3600 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
3601 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
3602 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
3603 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.@refill
3604
3605 @findex get_attr
3606 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
3607 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
3608 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
3609 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
3610 variable.@refill
3611
3612 @findex eq_attr
3613 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
3614 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
3615
3616 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
3617 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
3618 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
3619 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
3620 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
3621 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
3622 @emph{not} in the specified list.
3623
3624 For example,
3625
3626 @smallexample
3627 (eq_attr "type" "load,store")
3628 @end smallexample
3629
3630 @noindent
3631 is equivalent to
3632
3633 @smallexample
3634 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
3635 @end smallexample
3636
3637 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
3638 value of the compiler variable @code{which_alternative}
3639 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
3640 example,@refill
3641
3642 @smallexample
3643 (eq_attr "alternative" "2,3")
3644 @end smallexample
3645
3646 @noindent
3647 is equivalent to
3648
3649 @smallexample
3650 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
3651      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
3652 @end smallexample
3653
3654 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
3655 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
3656 a particular pattern.  This is by far the most common case.@refill
3657
3658 @findex attr_flag
3659 @item (attr_flag @var{name})
3660 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
3661 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
3662 scheduled.
3663
3664 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
3665 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
3666 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
3667 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
3668 if a conditional branch is expected to be taken.
3669
3670 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
3671 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
3672
3673 This example describes a conditional branch delay slot which
3674 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
3675 for backward branches which are not taken (annul-false).
3676
3677 @smallexample
3678 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
3679   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
3680    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
3681         (attr_flag "forward"))
3682    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
3683         (attr_flag "backward"))])
3684 @end smallexample
3685
3686 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
3687 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
3688
3689 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
3690 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
3691 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
3692 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
3693
3694 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
3695 meaning to other passes of the compiler.
3696 @end table
3697
3698 @node Tagging Insns
3699 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
3700 @cindex tagging insns
3701 @cindex assigning attribute values to insns
3702
3703 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
3704 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
3705 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
3706 have an optional last argument to specify the values of attributes for
3707 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
3708 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
3709 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
3710 permits the specification of the values for only one or two attributes
3711 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
3712 next section.@refill
3713
3714 The optional last argument of @code{define_insn} and
3715 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
3716 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
3717 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
3718 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
3719 second operand of the @code{set} is an attribute expression
3720 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.@refill
3721
3722 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
3723 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
3724 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
3725 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
3726 each alternative.
3727
3728 @findex set_attr
3729 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
3730 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
3731 specifying a string giving either a single attribute value or a list
3732 of attribute values, one for each alternative.
3733
3734 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
3735 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
3736
3737 @table @code
3738 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
3739 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
3740 or a string containing a comma-separated list giving the values for
3741 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
3742 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
3743
3744 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
3745 which case the attribute will assume its default value for insns matching
3746 that alternative.
3747
3748 @findex set_attr_alternative
3749 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
3750 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
3751 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
3752 tests on the @samp{alternative} attribute.
3753
3754 @findex attr
3755 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
3756 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
3757 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
3758 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
3759 @end table
3760
3761 The following shows three different ways of representing the same
3762 attribute value specification:
3763
3764 @smallexample
3765 (set_attr "type" "load,store,arith")
3766
3767 (set_attr_alternative "type"
3768                       [(const_string "load") (const_string "store")
3769                        (const_string "arith")])
3770
3771 (set (attr "type")
3772      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
3773             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
3774            (const_string "arith")))
3775 @end smallexample
3776
3777 @need 1000
3778 @findex define_asm_attributes
3779 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
3780 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
3781 statement.  It has the form:
3782
3783 @smallexample
3784 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
3785 @end smallexample
3786
3787 @noindent
3788 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
3789 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
3790
3791 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
3792 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
3793
3794 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
3795 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
3796 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
3797 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
3798 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
3799 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
3800 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
3801 of a single machine instruction.
3802
3803 @node Attr Example
3804 @subsection Example of Attribute Specifications
3805 @cindex attribute specifications example
3806 @cindex attribute specifications
3807
3808 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
3809 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
3810 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
3811 value.  This attribute is normally used only to define the default value
3812 for other attributes.  An example will clarify this usage.
3813
3814 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
3815 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
3816 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
3817 operations, floating point operations, and branches.
3818
3819 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
3820 the condition code and will limit ourselves to the following possible
3821 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
3822 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
3823 changed if the item previously set into the condition code has been
3824 modified.
3825
3826 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
3827
3828 @smallexample
3829 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
3830
3831 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
3832              (cond [(eq_attr "type" "load")
3833                         (const_string "change0")
3834                     (eq_attr "type" "store,branch")
3835                         (const_string "unchanged")
3836                     (eq_attr "type" "arith")
3837                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
3838                                       (const_string "set")
3839                                       (const_string "clobber"))]
3840                    (const_string "clobber")))
3841
3842 (define_insn ""
3843   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
3844         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
3845   ""
3846   "@@
3847    move %0,%1
3848    load %0,%1
3849    store %0,%1"
3850   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
3851 @end smallexample
3852
3853 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
3854 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
3855 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
3856 full-word result.
3857
3858 @node Insn Lengths
3859 @subsection Computing the Length of an Insn
3860 @cindex insn lengths, computing
3861 @cindex computing the length of an insn
3862
3863 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
3864 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
3865 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
3866 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @samp{length}
3867 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
3868 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
3869
3870 In the case of the @samp{length} attribute, two additional forms of
3871 arithmetic terms are allowed in test expressions:
3872
3873 @table @code
3874 @cindex @code{match_dup} and attributes
3875 @item (match_dup @var{n})
3876 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
3877 must be a @code{label_ref}.
3878
3879 @cindex @code{pc} and attributes
3880 @item (pc)
3881 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
3882 been more consistent with other usage to make this the address of the
3883 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
3884 current insn is to be computed.
3885 @end table
3886
3887 @cindex @code{addr_vec}, length of
3888 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
3889 For normal insns, the length will be determined by value of the
3890 @samp{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
3891 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
3892 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
3893
3894 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
3895
3896 The following macros can be used to refine the length computation:
3897
3898 @table @code
3899 @findex FIRST_INSN_ADDRESS
3900 @item FIRST_INSN_ADDRESS
3901 When the @code{length} insn attribute is used, this macro specifies the
3902 value to be assigned to the address of the first insn in a function.  If
3903 not specified, 0 is used.
3904
3905 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
3906 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
3907 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
3908 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
3909 that contains the initially computed length of the insn and should be
3910 updated with the correct length of the insn.
3911
3912 This macro will normally not be required.  A case in which it is
3913 required is the ROMP.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
3914 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
3915 may be required.
3916 @end table
3917
3918 @findex get_attr_length
3919 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
3920 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
3921 determine the form of the branch instruction to be written, as the
3922 example below illustrates.
3923
3924 As an example of the specification of variable-length branches, consider
3925 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
3926 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
3927 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
3928 sequence to load the address from memory and then branch to it.
3929
3930 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
3931 as follows:
3932
3933 @smallexample
3934 (define_insn "jump"
3935   [(set (pc)
3936         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
3937   ""
3938   "*
3939 @{
3940    return (get_attr_length (insn) == 4
3941            ? \"b %l0\" : \"l r15,=a(%l0); br r15\");
3942 @}"
3943   [(set (attr "length") (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
3944                                       (const_int 4)
3945                                       (const_int 6)))])
3946 @end smallexample
3947
3948 @node Constant Attributes
3949 @subsection Constant Attributes
3950 @cindex constant attributes
3951
3952 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
3953 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
3954 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
3955 used to specify which variety of processor is used.  For example,
3956
3957 @smallexample
3958 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
3959  (const
3960   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
3961          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
3962         (const_string "m88000"))))
3963
3964 (define_attr "memory" "fast,slow"
3965  (const
3966   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
3967                 (const_string "fast")
3968                 (const_string "slow"))))
3969 @end smallexample
3970
3971 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
3972 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
3973 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
3974 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
3975 forms involving insn attributes.
3976
3977 @node Delay Slots
3978 @subsection Delay Slot Scheduling
3979 @cindex delay slots, defining
3980
3981 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
3982 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
3983 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
3984 after the instruction are executed as if they were located before it.
3985 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
3986 the following instruction before the branch or call is performed.
3987
3988 On some machines, conditional branch instructions can optionally
3989 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
3990 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
3991 instructions that annul if the branch is true and instructions that
3992 annul if the branch is false are supported.
3993
3994 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
3995 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
3996 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
3997 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
3998 instruction scheduling.
3999
4000 @findex define_delay
4001 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
4002 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
4003
4004 @smallexample
4005 (define_delay @var{test}
4006               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
4007                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
4008                @dots{}])
4009 @end smallexample
4010
4011 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
4012 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
4013 required delay slots is determined by the length of the vector specified
4014 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
4015 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
4016 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
4017 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
4018 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
4019 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.@refill
4020
4021 For example, in the common case where branch and call insns require
4022 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
4023 call, the following would be placed in the @file{md} file:
4024
4025 @smallexample
4026 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
4027               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
4028 @end smallexample
4029
4030 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
4031 case, each such expression specifies different delay slot requirements
4032 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
4033 expressions are both true.
4034
4035 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
4036 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
4037 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
4038 branch is true, we might represent this as follows:
4039
4040 @smallexample
4041 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
4042    [(eq_attr "type" "!branch,call")
4043     (eq_attr "type" "!branch,call")
4044     (nil)])
4045
4046 (define_delay (eq_attr "type" "call")
4047               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
4048                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
4049 @end smallexample
4050 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
4051
4052 @node Function Units
4053 @subsection Specifying Function Units
4054 @cindex function units, for scheduling
4055
4056 On most RISC machines, there are instructions whose results are not
4057 available for a specific number of cycles.  Common cases are instructions
4058 that load data from memory.  On many machines, a pipeline stall will result
4059 if the data is referenced too soon after the load instruction.
4060
4061 In addition, many newer microprocessors have multiple function units, usually
4062 one for integer and one for floating point, and often will incur pipeline
4063 stalls when a result that is needed is not yet ready.
4064
4065 The descriptions in this section allow the specification of how much
4066 time must elapse between the execution of an instruction and the time
4067 when its result is used.  It also allows specification of when the
4068 execution of an instruction will delay execution of similar instructions
4069 due to function unit conflicts.
4070
4071 For the purposes of the specifications in this section, a machine is
4072 divided into @dfn{function units}, each of which execute a specific
4073 class of instructions in first-in-first-out order.  Function units that
4074 accept one instruction each cycle and allow a result to be used in the
4075 succeeding instruction (usually via forwarding) need not be specified.
4076 Classic RISC microprocessors will normally have a single function unit,
4077 which we can call @samp{memory}.  The newer ``superscalar'' processors
4078 will often have function units for floating point operations, usually at
4079 least a floating point adder and multiplier.
4080
4081 @findex define_function_unit
4082 Each usage of a function units by a class of insns is specified with a
4083 @code{define_function_unit} expression, which looks like this:
4084
4085 @smallexample
4086 (define_function_unit @var{name} @var{multiplicity} @var{simultaneity}
4087                       @var{test} @var{ready-delay} @var{issue-delay}
4088                      [@var{conflict-list}])
4089 @end smallexample
4090
4091 @var{name} is a string giving the name of the function unit.
4092
4093 @var{multiplicity} is an integer specifying the number of identical
4094 units in the processor.  If more than one unit is specified, they will
4095 be scheduled independently.  Only truly independent units should be
4096 counted; a pipelined unit should be specified as a single unit.  (The
4097 only common example of a machine that has multiple function units for a
4098 single instruction class that are truly independent and not pipelined
4099 are the two multiply and two increment units of the CDC 6600.)
4100
4101 @var{simultaneity} specifies the maximum number of insns that can be
4102 executing in each instance of the function unit simultaneously or zero
4103 if the unit is pipelined and has no limit.
4104
4105 All @code{define_function_unit} definitions referring to function unit
4106 @var{name} must have the same name and values for @var{multiplicity} and
4107 @var{simultaneity}.
4108
4109 @var{test} is an attribute test that selects the insns we are describing
4110 in this definition.  Note that an insn may use more than one function
4111 unit and a function unit may be specified in more than one
4112 @code{define_function_unit}.
4113
4114 @var{ready-delay} is an integer that specifies the number of cycles
4115 after which the result of the instruction can be used without
4116 introducing any stalls.
4117
4118 @var{issue-delay} is an integer that specifies the number of cycles
4119 after the instruction matching the @var{test} expression begins using
4120 this unit until a subsequent instruction can begin.  A cost of @var{N}
4121 indicates an @var{N-1} cycle delay.  A subsequent instruction may also
4122 be delayed if an earlier instruction has a longer @var{ready-delay}
4123 value.  This blocking effect is computed using the @var{simultaneity},
4124 @var{ready-delay}, @var{issue-delay}, and @var{conflict-list} terms.
4125 For a normal non-pipelined function unit, @var{simultaneity} is one, the
4126 unit is taken to block for the @var{ready-delay} cycles of the executing
4127 insn, and smaller values of @var{issue-delay} are ignored.
4128
4129 @var{conflict-list} is an optional list giving detailed conflict costs
4130 for this unit.  If specified, it is a list of condition test expressions
4131 to be applied to insns chosen to execute in @var{name} following the
4132 particular insn matching @var{test} that is already executing in
4133 @var{name}.  For each insn in the list, @var{issue-delay} specifies the
4134 conflict cost; for insns not in the list, the cost is zero.  If not
4135 specified, @var{conflict-list} defaults to all instructions that use the
4136 function unit.
4137
4138 Typical uses of this vector are where a floating point function unit can
4139 pipeline either single- or double-precision operations, but not both, or
4140 where a memory unit can pipeline loads, but not stores, etc.
4141
4142 As an example, consider a classic RISC machine where the result of a
4143 load instruction is not available for two cycles (a single ``delay''
4144 instruction is required) and where only one load instruction can be executed
4145 simultaneously.  This would be specified as:
4146
4147 @smallexample
4148 (define_function_unit "memory" 1 1 (eq_attr "type" "load") 2 0)
4149 @end smallexample
4150
4151 For the case of a floating point function unit that can pipeline either
4152 single or double precision, but not both, the following could be specified:
4153
4154 @smallexample
4155 (define_function_unit
4156    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "sp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "dp_fp")])
4157 (define_function_unit
4158    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "dp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "sp_fp")])
4159 @end smallexample
4160
4161 @strong{Note:} The scheduler attempts to avoid function unit conflicts
4162 and uses all the specifications in the @code{define_function_unit}
4163 expression.  It has recently come to our attention that these
4164 specifications may not allow modeling of some of the newer
4165 ``superscalar'' processors that have insns using multiple pipelined
4166 units.  These insns will cause a potential conflict for the second unit
4167 used during their execution and there is no way of representing that
4168 conflict.  We welcome any examples of how function unit conflicts work
4169 in such processors and suggestions for their representation.
4170 @end ifset