OSDN Git Service

Fix typo in peep2 example.
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / md.texi
1 @c Copyright (C) 1988, 89, 92, 93, 94, 96, 1998 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 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
36                           for a standard operation.
37 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
38 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
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 match_insn
405 @item (match_insn @var{predicate})
406 Match a complete insn.  Unlike the other @code{match_*} recognizers,
407 @code{match_insn} does not take an operand number.
408
409 The machine mode @var{m} of @code{match_insn} works like that of
410 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
411 predicate function, and that function is solely responsible for
412 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
413
414 @findex match_insn2
415 @item (match_insn2 @var{n} @var{predicate})
416 Match a complete insn.
417
418 The machine mode @var{m} of @code{match_insn2} works like that of
419 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
420 predicate function, and that function is solely responsible for
421 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
422
423 @findex address
424 @item (address (match_operand:@var{m} @var{n} "address_operand" ""))
425 This complex of expressions is a placeholder for an operand number
426 @var{n} in a ``load address'' instruction: an operand which specifies
427 a memory location in the usual way, but for which the actual operand
428 value used is the address of the location, not the contents of the
429 location.
430
431 @code{address} expressions never appear in RTL code, only in machine
432 descriptions.  And they are used only in machine descriptions that do
433 not use the operand constraint feature.  When operand constraints are
434 in use, the letter @samp{p} in the constraint serves this purpose.
435
436 @var{m} is the machine mode of the @emph{memory location being
437 addressed}, not the machine mode of the address itself.  That mode is
438 always the same on a given target machine (it is @code{Pmode}, which
439 normally is @code{SImode}), so there is no point in mentioning it;
440 thus, no machine mode is written in the @code{address} expression.  If
441 some day support is added for machines in which addresses of different
442 kinds of objects appear differently or are used differently (such as
443 the PDP-10), different formats would perhaps need different machine
444 modes and these modes might be written in the @code{address}
445 expression.
446 @end table
447
448 @node Output Template
449 @section Output Templates and Operand Substitution
450 @cindex output templates
451 @cindex operand substitution
452
453 @cindex @samp{%} in template
454 @cindex percent sign
455 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
456 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
457 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
458 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
459 identify places where different variants of the assembler require
460 different syntax.
461
462 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
463 operand @var{n} at that point in the string.
464
465 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
466 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
467 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
468 additional letters with nonstandard meanings.
469
470 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
471 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
472 operand.
473
474 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
475 the constant is negated before printing.
476
477 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
478 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
479 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
480 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
481 as if it were a memory reference.
482
483 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
484 instruction.
485
486 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
487 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
488 referred to more than once in a single template that generates multiple
489 assembler instructions.
490
491 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
492 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
493 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
494 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
495 which punctuation characters are valid with the
496 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
497
498 @cindex \
499 @cindex backslash
500 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
501 for the instructions, with @samp{\;} between them.
502
503 @cindex matching operands
504 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
505 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
506 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
507 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
508 operand.
509
510 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
511 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
512 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
513 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
514 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
515 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
516 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
517 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
518 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
519 it to do nothing.
520
521 @cindex @code{#} in template
522 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
523 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
524 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
525 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
526 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
527 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
528 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
529 instructions.
530
531 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
532 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
533 describe multiple variants of assembler language syntax.
534 @xref{Instruction Output}.
535
536 @node Output Statement
537 @section C Statements for Assembler Output
538 @cindex output statements
539 @cindex C statements for assembler output
540 @cindex generating assembler output
541
542 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
543 assembler code for all the cases that are recognized by a single
544 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
545 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
546 machine instructions.
547
548 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
549 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
550 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
551 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
552 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
553 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
554 might write this pattern:
555
556 @smallexample
557 (define_insn "addsi3"
558   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
559         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
560                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
561   ""
562   "@@
563    addr %2,%0
564    addm %2,%0")
565 @end smallexample
566
567 @cindex @code{*} in template
568 @cindex asterisk in template
569 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
570 output template but rather a piece of C program that should compute a
571 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
572 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
573 require doublequote characters to delimit them.  To include these
574 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
575
576 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
577 is @code{rtx []}.
578
579 It is very common to select different ways of generating assembler code
580 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
581 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
582 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
583 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
584 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
585 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
586 values of those bits.
587
588 @findex output_asm_insn
589 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
590 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
591 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
592 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
593 that you declare locally and initialize yourself.
594
595 @findex which_alternative
596 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
597 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
598 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
599 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
600 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
601 etc.).
602
603 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
604 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
605 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
606
607 @smallexample
608 (define_insn ""
609   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
610         (const_int 0))]
611   ""
612   "*
613   return (which_alternative == 0
614           ? \"clrreg %0\" : \"clrmem %0\");
615   ")
616 @end smallexample
617
618 The example above, where the assembler code to generate was
619 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
620 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
621
622 @smallexample
623 @group
624 (define_insn ""
625   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
626         (const_int 0))]
627   ""
628   "@@
629    clrreg %0
630    clrmem %0")
631 @end group
632 @end smallexample
633 @end ifset
634
635 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
636 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the full
637 @c manual's context are conditionalized to appear only in the full manual.
638 @ifset INTERNALS
639 @node Constraints
640 @section Operand Constraints
641 @cindex operand constraints
642 @cindex constraints
643
644 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify a
645 constraint for the type of operands allowed.
646 @end ifset
647 @ifclear INTERNALS
648 @node Constraints
649 @section Constraints for @code{asm} Operands
650 @cindex operand constraints, @code{asm}
651 @cindex constraints, @code{asm}
652 @cindex @code{asm} constraints
653
654 Here are specific details on what constraint letters you can use with
655 @code{asm} operands.
656 @end ifclear
657 Constraints can say whether
658 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
659 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
660 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
661 have.  Constraints can also require two operands to match.
662
663 @ifset INTERNALS
664 @menu
665 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
666 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
667 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
668 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
669 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
670 @end menu
671 @end ifset
672
673 @ifclear INTERNALS
674 @menu
675 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
676 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
677 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
678 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
679 @end menu
680 @end ifclear
681
682 @node Simple Constraints
683 @subsection Simple Constraints
684 @cindex simple constraints
685
686 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
687 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
688 the letters that are allowed:
689
690 @table @asis
691 @cindex @samp{m} in constraint
692 @cindex memory references in constraints
693 @item @samp{m}
694 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
695 supports in general.
696
697 @cindex offsettable address
698 @cindex @samp{o} in constraint
699 @item @samp{o}
700 A memory operand is allowed, but only if the address is
701 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
702 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
703 may be added to the address and the result is also a valid memory
704 address.
705
706 @cindex autoincrement/decrement addressing
707 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
708 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
709 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
710 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
711 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
712 addresses may or may not be offsettable depending on the other
713 addressing modes that the machine supports.
714
715 Note that in an output operand which can be matched by another
716 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
717 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
718 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
719
720 @cindex @samp{V} in constraint
721 @item @samp{V}
722 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
723 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
724
725 @cindex @samp{<} in constraint
726 @item @samp{<}
727 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
728 postdecrement) is allowed.
729
730 @cindex @samp{>} in constraint
731 @item @samp{>}
732 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
733 postincrement) is allowed.
734
735 @cindex @samp{r} in constraint
736 @cindex registers in constraints
737 @item @samp{r}
738 A register operand is allowed provided that it is in a general
739 register.
740
741 @cindex @samp{d} in constraint
742 @item @samp{d}, @samp{a}, @samp{f}, @dots{}
743 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
744 particular classes of registers.  @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are
745 defined on the 68000/68020 to stand for data, address and floating
746 point registers.
747
748 @cindex constants in constraints
749 @cindex @samp{i} in constraint
750 @item @samp{i}
751 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
752 This includes symbolic constants whose values will be known only at
753 assembly time.
754
755 @cindex @samp{n} in constraint
756 @item @samp{n}
757 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
758 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
759 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
760 rather than @samp{i}.
761
762 @cindex @samp{I} in constraint
763 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
764 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
765 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
766 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
767 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
768 This is the range permitted as a shift count in the shift
769 instructions.
770
771 @cindex @samp{E} in constraint
772 @item @samp{E}
773 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
774 allowed, but only if the target floating point format is the same as
775 that of the host machine (on which the compiler is running).
776
777 @cindex @samp{F} in constraint
778 @item @samp{F}
779 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
780 allowed.
781
782 @cindex @samp{G} in constraint
783 @cindex @samp{H} in constraint
784 @item @samp{G}, @samp{H}
785 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
786 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
787
788 @cindex @samp{s} in constraint
789 @item @samp{s}
790 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
791 allowed.
792
793 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
794 value not known at compile time, it certainly must allow any known
795 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
796 better code to be generated.
797
798 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
799 use an immediate operand; but if the immediate value is between -128
800 and 127, better code results from loading the value into a register and
801 using the register.  This is because the load into the register can be
802 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
803 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
804 range -128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
805 constraints.
806
807 @cindex @samp{g} in constraint
808 @item @samp{g}
809 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
810 registers that are not general registers.
811
812 @cindex @samp{X} in constraint
813 @item @samp{X}
814 @ifset INTERNALS
815 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
816 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
817 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
818 require a scratch register.
819 @end ifset
820 @ifclear INTERNALS
821 Any operand whatsoever is allowed.
822 @end ifclear
823
824 @cindex @samp{0} in constraint
825 @cindex digits in constraint
826 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
827 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
828 digit is used together with letters within the same alternative, the
829 digit should come last.
830
831 @cindex matching constraint
832 @cindex constraint, matching
833 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
834 that the assembler has only a single operand that fills two roles
835 @ifset INTERNALS
836 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
837 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
838 @end ifset
839 @ifclear INTERNALS
840 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
841 two input operands and an output operand, but on most CISC
842 @end ifclear
843 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
844 input-output operand:
845
846 @smallexample
847 addl #35,r12
848 @end smallexample
849
850 Matching constraints are used in these circumstances.
851 More precisely, the two operands that match must include one input-only
852 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
853 smaller number than the number of the operand that uses it in the
854 constraint.
855
856 @ifset INTERNALS
857 For operands to match in a particular case usually means that they
858 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
859 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
860 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
861 For proper results in such cases, the output template should always
862 use the output-operand's number when printing the operand.
863 @end ifset
864
865 @cindex load address instruction
866 @cindex push address instruction
867 @cindex address constraints
868 @cindex @samp{p} in constraint
869 @item @samp{p}
870 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
871 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
872
873 @findex address_operand
874 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
875 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
876 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
877 reference for which the address would be valid.
878
879 @cindex extensible constraints
880 @cindex @samp{Q}, in constraint
881 @item @samp{Q}, @samp{R}, @samp{S}, @dots{} @samp{U}
882 Letters in the range @samp{Q} through @samp{U} may be defined in a
883 machine-dependent fashion to stand for arbitrary operand types.
884 @ifset INTERNALS
885 The machine description macro @code{EXTRA_CONSTRAINT} is passed the
886 operand as its first argument and the constraint letter as its
887 second operand.
888
889 A typical use for this would be to distinguish certain types of
890 memory references that affect other insn operands.
891
892 Do not define these constraint letters to accept register references
893 (@code{reg}); the reload pass does not expect this and would not handle
894 it properly.
895 @end ifset
896 @end table
897
898 @ifset INTERNALS
899 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
900 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
901 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
902 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
903 done by copying an operand into a register.
904
905 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
906
907 @smallexample
908 (define_insn ""
909   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
910         (plus:SI (match_dup 0)
911                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
912   ""
913   "@dots{}")
914 @end smallexample
915
916 @noindent
917 which has two operands, one of which must appear in two places, and
918
919 @smallexample
920 (define_insn ""
921   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
922         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
923                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
924   ""
925   "@dots{}")
926 @end smallexample
927
928 @noindent
929 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
930 identical.  If we are considering an insn of the form
931
932 @smallexample
933 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
934   (set (reg:SI 3)
935        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
936   @dots{})
937 @end smallexample
938
939 @noindent
940 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
941 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
942 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns.''
943 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
944 is something wrong with it.''  It would direct the reload pass of the
945 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
946 results might look like this:
947
948 @smallexample
949 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
950   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
951   @dots{})
952
953 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
954   (set (reg:SI 3)
955        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
956   @dots{})
957 @end smallexample
958
959 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
960 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
961 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
962 for each possible combination of operand expressions, have at least one
963 alternative which can handle that combination of operands.)  The
964 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
965 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
966 reloading any possible operand so that it will fit.
967
968 @itemize @bullet
969 @item
970 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
971 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
972
973 For example, an operand whose constraints permit everything except
974 registers is safe provided its predicate rejects registers.
975
976 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
977 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
978 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
979 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
980 more selective.
981
982 @item
983 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
984 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
985 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
986 compiler knows how to copy a register into another register of the
987 proper class in order to make an instruction valid.
988
989 @cindex nonoffsettable memory reference
990 @cindex memory reference, nonoffsettable
991 @item
992 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
993 address into a register.  So if the constraint uses the letter
994 @samp{o}, all memory references are taken care of.
995
996 @item
997 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
998 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
999 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1000 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1001
1002 @item
1003 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1004 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1005 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1006 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1007 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1008 objects allowed by the constraint.
1009 @end itemize
1010
1011 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1012 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1013 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1014 how to copy a register temporarily into memory.
1015
1016 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1017 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1018 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1019 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1020 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1021 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1022 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1023 @code{sign_extend}.
1024 @end ifset
1025
1026 @node Multi-Alternative
1027 @subsection Multiple Alternative Constraints
1028 @cindex multiple alternative constraints
1029
1030 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1031 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1032 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1033 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1034 another.
1035
1036 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1037 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1038 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1039 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1040 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1041 @ifset INTERNALS
1042 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1043
1044 @smallexample
1045 (define_insn "iorsi3"
1046   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1047         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1048                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1049   @dots{})
1050 @end smallexample
1051
1052 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1053 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1054 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1055 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1056 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1057 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1058 @end ifset
1059
1060 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1061 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1062 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1063 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1064 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1065 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1066 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1067
1068 @table @code
1069 @cindex @samp{?} in constraint
1070 @cindex question mark
1071 @item ?
1072 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1073 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1074 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1075 in it.
1076
1077 @cindex @samp{!} in constraint
1078 @cindex exclamation point
1079 @item !
1080 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1081 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1082 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1083 @end table
1084
1085 @ifset INTERNALS
1086 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1087 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1088 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1089 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1090 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1091 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1092 @end ifset
1093
1094 @ifset INTERNALS
1095 @node Class Preferences
1096 @subsection Register Class Preferences
1097 @cindex class preference constraints
1098 @cindex register class preference constraints
1099
1100 @cindex voting between constraint alternatives
1101 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1102 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1103 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1104 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1105 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1106 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1107 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1108 favor of a general register.  The machine description says which registers
1109 are considered general.
1110
1111 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1112 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1113 @end ifset
1114
1115 @node Modifiers
1116 @subsection Constraint Modifier Characters
1117 @cindex modifiers in constraints
1118 @cindex constraint modifier characters
1119
1120 @c prevent bad page break with this line
1121 Here are constraint modifier characters.
1122
1123 @table @samp
1124 @cindex @samp{=} in constraint
1125 @item =
1126 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1127 value is discarded and replaced by output data.
1128
1129 @cindex @samp{+} in constraint
1130 @item +
1131 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1132
1133 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1134 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1135 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1136 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1137 are assumed to be input only.
1138
1139 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1140 first character of the constraint string.
1141
1142 @cindex @samp{&} in constraint
1143 @cindex earlyclobber operand
1144 @item &
1145 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1146 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1147 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1148 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1149 address.
1150
1151 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1152 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1153 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1154 @samp{movdf} insn of the 68000.
1155
1156 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only 
1157 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1158 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1159 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber. 
1160 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM.
1161
1162 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1163
1164 @cindex @samp{%} in constraint
1165 @item %
1166 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1167 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1168 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1169 constraints.
1170 @ifset INTERNALS
1171 This is often used in patterns for addition instructions
1172 that really have only two operands: the result must go in one of the
1173 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1174 instruction is defined:
1175
1176 @smallexample
1177 (define_insn "addhi3"
1178   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1179      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1180               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1181   @dots{})
1182 @end smallexample
1183 @end ifset
1184
1185 @cindex @samp{#} in constraint
1186 @item #
1187 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1188 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1189 register preferences.
1190
1191 @ifset INTERNALS
1192 @cindex @samp{*} in constraint
1193 @item *
1194 Says that the following character should be ignored when choosing
1195 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1196 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1197
1198 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1199 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1200 copying it into an address register.  While either kind of register is
1201 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1202 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1203 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1204 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1205 register preferences.
1206
1207 @smallexample
1208 (define_insn "extendhisi2"
1209   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1210         (sign_extend:SI
1211          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1212   @dots{})
1213 @end smallexample
1214 @end ifset
1215 @end table
1216
1217 @node Machine Constraints
1218 @subsection Constraints for Particular Machines
1219 @cindex machine specific constraints
1220 @cindex constraints, machine specific
1221
1222 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1223 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1224 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1225 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1226 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1227 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1228 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1229 immediate-constant format.
1230
1231 For each machine architecture, the @file{config/@var{machine}.h} file
1232 defines additional constraints.  These constraints are used by the
1233 compiler itself for instruction generation, as well as for @code{asm}
1234 statements; therefore, some of the constraints are not particularly
1235 interesting for @code{asm}.  The constraints are defined through these
1236 macros:
1237
1238 @table @code
1239 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1240 Register class constraints (usually lower case).
1241
1242 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1243 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1244 word size or smaller precision (usually upper case).
1245
1246 @item CONST_DOUBLE_OK_FOR_LETTER_P
1247 Immediate constant constraints, for all floating point constants and for
1248 constants of greater than word size precision (usually upper case).
1249
1250 @item EXTRA_CONSTRAINT
1251 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1252 is only defined for some machines.
1253 @end table
1254
1255 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1256 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1257 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1258 available on some particular machines.
1259
1260 @table @emph
1261 @item ARM family---@file{arm.h}
1262 @table @code
1263 @item f
1264 Floating-point register
1265
1266 @item F
1267 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1268 or 10.0
1269
1270 @item G
1271 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1272 were negated
1273
1274 @item I
1275 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1276 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1277 multiple of 2
1278
1279 @item J
1280 Integer in the range -4095 to 4095
1281
1282 @item K
1283 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1284
1285 @item L
1286 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1287
1288 @item M
1289 Integer in the range 0 to 32
1290
1291 @item Q
1292 A memory reference where the exact address is in a single register
1293 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1294
1295 @item R
1296 An item in the constant pool
1297
1298 @item S
1299 A symbol in the text segment of the current file
1300 @end table
1301
1302 @item AMD 29000 family---@file{a29k.h}
1303 @table @code
1304 @item l
1305 Local register 0
1306
1307 @item b
1308 Byte Pointer (@samp{BP}) register
1309
1310 @item q
1311 @samp{Q} register
1312
1313 @item h
1314 Special purpose register
1315
1316 @item A
1317 First accumulator register
1318
1319 @item a
1320 Other accumulator register
1321
1322 @item f
1323 Floating point register
1324
1325 @item I
1326 Constant greater than 0, less than 0x100
1327
1328 @item J
1329 Constant greater than 0, less than 0x10000
1330
1331 @item K
1332 Constant whose high 24 bits are on (1)
1333
1334 @item L
1335 16 bit constant whose high 8 bits are on (1)
1336
1337 @item M
1338 32 bit constant whose high 16 bits are on (1)
1339
1340 @item N
1341 32 bit negative constant that fits in 8 bits
1342
1343 @item O
1344 The constant 0x80000000 or, on the 29050, any 32 bit constant
1345 whose low 16 bits are 0.
1346
1347 @item P
1348 16 bit negative constant that fits in 8 bits
1349
1350 @item G
1351 @itemx H
1352 A floating point constant (in @code{asm} statements, use the machine
1353 independent @samp{E} or @samp{F} instead)
1354 @end table
1355
1356 @item IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1357 @table @code
1358 @item b
1359 Address base register
1360
1361 @item f
1362 Floating point register
1363
1364 @item h
1365 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1366
1367 @item q
1368 @samp{MQ} register
1369
1370 @item c
1371 @samp{CTR} register
1372
1373 @item l
1374 @samp{LINK} register
1375
1376 @item x
1377 @samp{CR} register (condition register) number 0
1378
1379 @item y
1380 @samp{CR} register (condition register)
1381
1382 @item z
1383 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1384
1385 @item I
1386 Signed 16 bit constant
1387
1388 @item J
1389 Unsigned 16 bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for 
1390 @code{SImode} constants)
1391
1392 @item K
1393 Unsigned 16 bit constant
1394
1395 @item L
1396 Signed 16 bit constant shifted left 16 bits
1397
1398 @item M
1399 Constant larger than 31
1400
1401 @item N
1402 Exact power of 2
1403
1404 @item O
1405 Zero
1406
1407 @item P
1408 Constant whose negation is a signed 16 bit constant
1409
1410 @item G
1411 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1412 instruction per word
1413
1414 @item Q
1415 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1416 for @code{asm} statements)
1417
1418 @item R
1419 AIX TOC entry
1420
1421 @item S
1422 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1423
1424 @item T
1425 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1426
1427 @item U
1428 System V Release 4 small data area reference
1429 @end table
1430
1431 @item Intel 386---@file{i386.h}
1432 @table @code
1433 @item q
1434 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register
1435
1436 @item A
1437 @samp{a}, or @code{d} register (for 64-bit ints)
1438
1439 @item f
1440 Floating point register
1441
1442 @item t
1443 First (top of stack) floating point register
1444
1445 @item u
1446 Second floating point register
1447
1448 @item a
1449 @samp{a} register
1450
1451 @item b
1452 @samp{b} register
1453
1454 @item c
1455 @samp{c} register
1456
1457 @item d
1458 @samp{d} register
1459
1460 @item D
1461 @samp{di} register
1462
1463 @item S
1464 @samp{si} register
1465
1466 @item I
1467 Constant in range 0 to 31 (for 32 bit shifts)
1468
1469 @item J
1470 Constant in range 0 to 63 (for 64 bit shifts)
1471
1472 @item K
1473 @samp{0xff}
1474
1475 @item L
1476 @samp{0xffff}
1477
1478 @item M
1479 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1480
1481 @item N
1482 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1483
1484 @item G
1485 Standard 80387 floating point constant
1486 @end table
1487
1488 @item Intel 960---@file{i960.h}
1489 @table @code
1490 @item f
1491 Floating point register (@code{fp0} to @code{fp3})
1492
1493 @item l
1494 Local register (@code{r0} to @code{r15})
1495
1496 @item b
1497 Global register (@code{g0} to @code{g15})
1498
1499 @item d
1500 Any local or global register
1501
1502 @item I
1503 Integers from 0 to 31
1504
1505 @item J
1506 0
1507
1508 @item K
1509 Integers from -31 to 0
1510
1511 @item G
1512 Floating point 0
1513
1514 @item H
1515 Floating point 1
1516 @end table
1517
1518 @item MIPS---@file{mips.h}
1519 @table @code
1520 @item d
1521 General-purpose integer register
1522
1523 @item f
1524 Floating-point register (if available)
1525
1526 @item h
1527 @samp{Hi} register
1528
1529 @item l
1530 @samp{Lo} register
1531
1532 @item x
1533 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
1534
1535 @item y
1536 General-purpose integer register
1537
1538 @item z
1539 Floating-point status register
1540
1541 @item I
1542 Signed 16 bit constant (for arithmetic instructions)
1543
1544 @item J
1545 Zero
1546
1547 @item K
1548 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
1549
1550 @item L
1551 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
1552
1553 @item M
1554 32 bit constant which requires two instructions to load (a constant
1555 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
1556
1557 @item N
1558 Negative 16 bit constant
1559
1560 @item O
1561 Exact power of two
1562
1563 @item P
1564 Positive 16 bit constant
1565
1566 @item G
1567 Floating point zero
1568
1569 @item Q
1570 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
1571 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1572
1573 @item R
1574 Memory reference that can be loaded with one instruction
1575 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1576
1577 @item S
1578 Memory reference in external OSF/rose PIC format
1579 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1580 @end table
1581
1582 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
1583 @table @code
1584 @item a
1585 Address register
1586
1587 @item d
1588 Data register
1589
1590 @item f
1591 68881 floating-point register, if available
1592
1593 @item x
1594 Sun FPA (floating-point) register, if available
1595
1596 @item y
1597 First 16 Sun FPA registers, if available
1598
1599 @item I
1600 Integer in the range 1 to 8
1601
1602 @item J
1603 16 bit signed number
1604
1605 @item K
1606 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
1607
1608 @item L
1609 Integer in the range -8 to -1
1610
1611 @item M
1612 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
1613
1614 @item G
1615 Floating point constant that is not a 68881 constant
1616
1617 @item H
1618 Floating point constant that can be used by Sun FPA
1619 @end table
1620
1621 @need 1000
1622 @item SPARC---@file{sparc.h}
1623 @table @code
1624 @item f
1625 Floating-point register that can hold 32 or 64 bit values.
1626
1627 @item e
1628 Floating-point register that can hold 64 or 128 bit values.
1629
1630 @item I
1631 Signed 13 bit constant
1632
1633 @item J
1634 Zero
1635
1636 @item K
1637 32 bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
1638 loaded with the @code{sethi} instruction)
1639
1640 @item G
1641 Floating-point zero
1642
1643 @item H
1644 Signed 13 bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
1645
1646 @item Q
1647 Memory reference that can be loaded with one instruction  (@samp{m} is
1648 more appropriate for @code{asm} statements)
1649
1650 @item S
1651 Constant, or memory address
1652
1653 @item T
1654 Memory address aligned to an 8-byte boundary
1655
1656 @item U
1657 Even register
1658 @end table
1659 @end table
1660
1661 @ifset INTERNALS
1662 @node Standard Names
1663 @section Standard Pattern Names For Generation
1664 @cindex standard pattern names
1665 @cindex pattern names
1666 @cindex names, pattern
1667
1668 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
1669 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
1670 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
1671 pattern to accomplish a certain task.
1672
1673 @table @asis
1674 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
1675 @item @samp{mov@var{m}}
1676 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lower case.
1677 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
1678 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
1679
1680 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
1681 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
1682 to store the specified value in the part of the register that corresponds
1683 to mode @var{m}.  The effect on the rest of the register is undefined.
1684
1685 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
1686 of these names @emph{must} be defined, because there is no other way
1687 to copy a datum from one place to another.
1688
1689 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
1690 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
1691 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
1692 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
1693 into a register.
1694
1695 @findex force_reg
1696 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
1697 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
1698 registers other than the operands.  For example, if you support the
1699 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
1700 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
1701 function which might generate new pseudo registers.
1702
1703 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
1704 fetching those modes from memory normally requires several insns and
1705 some temporary registers.  Look in @file{spur.md} to see how the
1706 requirement can be satisfied.
1707
1708 @findex change_address
1709 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
1710 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
1711 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
1712 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
1713 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
1714 an address into a valid address and no routine (such as
1715 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
1716 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
1717
1718 @findex reload_in_progress
1719 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
1720 declared if required) can be used to determine whether such special
1721 handling is required.
1722
1723 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
1724 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
1725 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
1726 machines explicit memory references will get optional reloads.
1727
1728 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
1729 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
1730
1731 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 @findex no_new_pseudos
1739 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
1740 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
1741 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
1742
1743 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
1744 register to any other hard register provided that
1745 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
1746 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
1747
1748 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
1749 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
1750 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
1751 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
1752 point members.
1753
1754 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
1755 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
1756 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
1757 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
1758 floating point registers, then the constraints of the fixed point
1759 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
1760 reload into a floating point register.
1761
1762 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
1763 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
1764 @item @samp{reload_in@var{m}}
1765 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
1766 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
1767 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
1768 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
1769 macro in @pxref{Register Classes}.
1770
1771 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
1772 @item @samp{movstrict@var{m}}
1773 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
1774 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
1775 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
1776 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
1777
1778 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
1779 @item @samp{load_multiple}
1780 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
1781 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
1782 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
1783 number of consecutive registers.
1784
1785 Define this only if the target machine really has such an instruction;
1786 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
1787 registers from memory is to do them one at a time.
1788
1789 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
1790 registers can be stored into memory, such as particular starting or
1791 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
1792 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
1793 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
1794
1795 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
1796 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
1797 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
1798 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
1799 @file{a29k.md} and @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn
1800 pattern.
1801
1802 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
1803 @item @samp{store_multiple}
1804 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
1805 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
1806 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
1807 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
1808
1809 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
1810 @item @samp{add@var{m}3}
1811 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
1812 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
1813 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
1814
1815 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
1816 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
1817 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
1818 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
1819 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
1820 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
1821 @cindex @code{smin@var{m}3} instruction pattern
1822 @cindex @code{smax@var{m}3} instruction pattern
1823 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
1824 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
1825 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
1826 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
1827 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
1828 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
1829 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}, @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
1830 @itemx @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}, @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
1831 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
1832 Similar, for other arithmetic operations.
1833
1834 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
1835 @item @samp{mulhisi3}
1836 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
1837 a @code{SImode} product in operand 0.
1838
1839 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
1840 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
1841 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
1842 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
1843
1844 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
1845 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
1846 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
1847 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
1848 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
1849 multiplication.
1850
1851 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
1852 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
1853 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
1854 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
1855 The least significant half of the product is discarded.
1856
1857 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
1858 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
1859 Similar, but the multiplication is unsigned.
1860
1861 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
1862 @item @samp{divmod@var{m}4}
1863 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
1864 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
1865 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
1866
1867 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
1868 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
1869 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
1870 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
1871 and remainder are computed.
1872
1873 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
1874 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
1875 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
1876 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
1877 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
1878
1879 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
1880 @item @samp{udivmod@var{m}4}
1881 Similar, but does unsigned division.
1882
1883 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
1884 @item @samp{ashl@var{m}3}
1885 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
1886 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
1887 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
1888 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
1889 mode before generating the instruction.
1890
1891 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
1892 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
1893 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
1894 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
1895 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
1896 Other shift and rotate instructions, analogous to the
1897 @code{ashl@var{m}3} instructions.
1898
1899 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
1900 @item @samp{neg@var{m}2}
1901 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
1902
1903 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
1904 @item @samp{abs@var{m}2}
1905 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
1906
1907 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
1908 @item @samp{sqrt@var{m}2}
1909 Store the square root of operand 1 into operand 0.
1910
1911 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
1912 corresponds to the C data type @code{double}.
1913
1914 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
1915 @item @samp{ffs@var{m}2}
1916 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
1917 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
1918 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
1919 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
1920 generating the instruction.
1921
1922 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
1923 corresponds to the C data type @code{int}.
1924
1925 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
1926 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
1927 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
1928
1929 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
1930 @item @samp{cmp@var{m}}
1931 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
1932 The RTL pattern should look like this:
1933
1934 @smallexample
1935 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
1936                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
1937 @end smallexample
1938
1939 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
1940 @item @samp{tst@var{m}}
1941 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
1942 The RTL pattern should look like this:
1943
1944 @smallexample
1945 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
1946 @end smallexample
1947
1948 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
1949 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
1950 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
1951 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
1952
1953 @cindex @code{movstr@var{m}} instruction pattern
1954 @item @samp{movstr@var{m}}
1955 Block move instruction.  The addresses of the destination and source
1956 strings are the first two operands, and both are in mode @code{Pmode}.
1957
1958 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
1959 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
1960 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
1961 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
1962 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
1963 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
1964 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
1965
1966 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
1967 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
1968 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
1969 it may provide the value 4 for this operand.
1970
1971 Descriptions of multiple @code{movstr@var{m}} patterns can only be
1972 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
1973 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
1974 in @code{movstr@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
1975 individually moved data units in the block.
1976
1977 These patterns need not give special consideration to the possibility
1978 that the source and destination strings might overlap.
1979
1980 @cindex @code{clrstr@var{m}} instruction pattern
1981 @item @samp{clrstr@var{m}}
1982 Block clear instruction.  The addresses of the destination string is the
1983 first operand, in mode @code{Pmode}.  The number of bytes to clear is
1984 the second operand, in mode @var{m}.  See @samp{movstr@var{m}} for
1985 a discussion of the choice of mode.
1986
1987 The third operand is the known alignment of the destination, in the form
1988 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
1989 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
1990 operand.
1991
1992 The use for multiple @code{clrstr@var{m}} is as for @code{movstr@var{m}}.
1993
1994 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
1995 @item @samp{cmpstr@var{m}}
1996 Block compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
1997 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
1998 of @samp{movstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
1999 byte by byte in lexicographic order.  The effect of the instruction is
2000 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
2001 comparison.
2002
2003 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
2004 @item @samp{strlen@var{m}}
2005 Compute the length of a string, with three operands.
2006 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
2007 a @code{mem} referring to the first character of the string,
2008 operand 2 is the character to search for (normally zero),
2009 and operand 3 is a constant describing the known alignment
2010 of the beginning of the string.
2011
2012 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
2013 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
2014 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
2015 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2016 @var{n}).
2017
2018 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
2019 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
2020 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
2021 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2022 @var{n}).
2023
2024 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
2025 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
2026 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2027 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
2028 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
2029 the value of operand 1 is an integer.
2030
2031 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
2032 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
2033 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2034 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
2035 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
2036 value of operand 1 is an integer.
2037
2038 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
2039 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
2040 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
2041 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
2042 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
2043
2044 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2045 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
2046 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
2047 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2048
2049 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2050 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
2051 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
2052 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2053
2054 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
2055 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
2056 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2057 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2058 point or both floating point.
2059
2060 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
2061 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
2062 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2063 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2064 point or both floating point.
2065
2066 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
2067 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
2068 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2069 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2070 point.
2071
2072 @cindex @code{extv} instruction pattern
2073 @item @samp{extv}
2074 Extract a bit field from operand 1 (a register or memory operand), where
2075 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
2076 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
2077 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
2078 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
2079 be valid for @code{word_mode}.
2080
2081 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2082 for operands 2 and 3.
2083
2084 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
2085 before it is stored in operand 0.
2086
2087 @cindex @code{extzv} instruction pattern
2088 @item @samp{extzv}
2089 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
2090
2091 @cindex @code{insv} instruction pattern
2092 @item @samp{insv}
2093 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a bit
2094 field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
2095 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
2096 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
2097 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
2098
2099 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2100 for operands 1 and 2.
2101
2102 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
2103 @item @samp{mov@var{mode}cc}
2104 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
2105 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
2106 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
2107
2108 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
2109 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
2110 conditionally move an integer value based on the floating point condition
2111 codes and vice versa.
2112
2113 If the machine does not have conditional move instructions, do not
2114 define these patterns.
2115
2116 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
2117 @item @samp{s@var{cond}}
2118 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
2119 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
2120 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
2121 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
2122
2123 You specify the mode that the operand must have when you write the
2124 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
2125 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
2126
2127 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
2128 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
2129 you should omit it from the machine description.  You describe to the
2130 compiler exactly which value is stored by defining the macro
2131 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
2132 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
2133 should omit those operations from the machine description.
2134
2135 These operations may fail, but should do so only in relatively
2136 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
2137 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
2138
2139 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
2140 that copies the constant one to the target and branches around an
2141 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
2142 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
2143 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
2144 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
2145 the machine description.
2146
2147 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
2148 @item @samp{b@var{cond}}
2149 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
2150 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
2151 condition @var{cond}.
2152
2153 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
2154 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
2155 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
2156 simply store the operands away and generate all the required insns in a
2157 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
2158 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
2159 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
2160 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
2161
2162 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
2163 where the mode used for the comparison depends on the condition being
2164 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
2165
2166 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
2167 @samp{s@var{cond}} patterns.
2168
2169 @cindex @code{call} instruction pattern
2170 @item @samp{call}
2171 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
2172 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
2173 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
2174 operands.
2175
2176 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
2177 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
2178 to put this information into the assembler code; they can put it in
2179 the RTL instead of operand 1.
2180
2181 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
2182 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
2183 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
2184 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
2185 instruction, the pattern for this operation should be a
2186 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
2187 address into a register and uses that register in the call instruction.
2188
2189 @cindex @code{call_value} instruction pattern
2190 @item @samp{call_value}
2191 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
2192 register in which the value is returned.  There are three more
2193 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
2194 instruction (but with numbers increased by one).
2195
2196 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
2197 insn.
2198
2199 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
2200 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
2201 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
2202 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
2203 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is non-zero.  They should emit a @code{parallel}
2204 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
2205 adjustment made to the frame pointer.
2206
2207 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be non-zero, the use of these
2208 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
2209 can be eliminated, if desired.
2210
2211 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
2212 @item @samp{untyped_call}
2213 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
2214 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
2215 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
2216 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2217 the saving of a function return value into the result block.
2218
2219 This instruction pattern should be defined to support
2220 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
2221 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
2222 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
2223 multiple registers that can hold a return value (i.e.
2224 @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
2225
2226 @cindex @code{return} instruction pattern
2227 @item @samp{return}
2228 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
2229 defined only if a single instruction can do all the work of returning
2230 from a function.
2231
2232 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
2233 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
2234 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
2235 some class of functions only requires one instruction to implement a
2236 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
2237 to save any registers or allocate stack space.
2238
2239 @findex reload_completed
2240 @findex leaf_function_p
2241 For such machines, the condition specified in this pattern should only
2242 be true when @code{reload_completed} is non-zero and the function's
2243 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
2244 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
2245 a register window push is required.
2246
2247 Machines that have conditional return instructions should define patterns
2248 such as
2249
2250 @smallexample
2251 (define_insn ""
2252   [(set (pc)
2253         (if_then_else (match_operator
2254                          0 "comparison_operator"
2255                          [(cc0) (const_int 0)])
2256                       (return)
2257                       (pc)))]
2258   "@var{condition}"
2259   "@dots{}")
2260 @end smallexample
2261
2262 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
2263 named @samp{return} pattern.
2264
2265 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
2266 @item @samp{untyped_return}
2267 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
2268 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
2269 instructions are needed to return a value of any type.
2270
2271 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
2272 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
2273 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2274 the restoring of a function return value from the result block.
2275
2276 @cindex @code{nop} instruction pattern
2277 @item @samp{nop}
2278 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
2279 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
2280 RTL pattern.
2281
2282 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
2283 @item @samp{indirect_jump}
2284 An instruction to jump to an address which is operand zero.
2285 This pattern name is mandatory on all machines.
2286
2287 @cindex @code{casesi} instruction pattern
2288 @item @samp{casesi}
2289 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
2290 This instruction takes five operands:
2291
2292 @enumerate
2293 @item
2294 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
2295
2296 @item
2297 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
2298
2299 @item
2300 The total range of indices in the table---the largest index
2301 minus the smallest one (both inclusive).
2302
2303 @item
2304 A label that precedes the table itself.
2305
2306 @item
2307 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
2308 (If the machine-description macro @code{CASE_DROPS_THROUGH} is defined,
2309 then an out-of-bounds index drops through to the code following
2310 the jump table instead of jumping to this label.  In that case,
2311 this label is not actually used by the @samp{casesi} instruction,
2312 but it is always provided as an operand.)
2313 @end enumerate
2314
2315 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
2316 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
2317 difference between the upper bound and the lower bound.
2318
2319 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
2320 @item @samp{tablejump}
2321 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
2322 capability which can be used to implement a dispatch table when there
2323 is no @samp{casesi} pattern.
2324
2325 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
2326 which should immediately precede the jump table.  If the macro
2327 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
2328 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
2329 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
2330 mode @code{Pmode}.
2331
2332 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
2333 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
2334 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
2335 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
2336
2337 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
2338 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
2339 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
2340 into operand 0.
2341
2342 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
2343 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
2344 and also has mode @code{Pmode}.
2345
2346 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
2347 the address of the function which would be called if the function
2348 pointer were used in an indirect call.
2349
2350 Only define this pattern if function pointers on the target machine
2351 can have different values but still call the same function when
2352 used in an indirect call.
2353
2354 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
2355 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
2356 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
2357 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
2358 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
2359 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
2360 @item @samp{save_stack_block}
2361 @itemx @samp{save_stack_function}
2362 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
2363 @itemx @samp{restore_stack_block}
2364 @itemx @samp{restore_stack_function}
2365 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
2366 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
2367 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
2368 such machines.
2369
2370 Some machines require special handling for stack pointer saves and
2371 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
2372 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
2373 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
2374 saves and restores are:
2375
2376 @enumerate
2377 @item
2378 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
2379 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
2380 restores the stack pointer when the block is exited.
2381
2382 @item
2383 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
2384 similar job for the outermost block of a function and are used when the
2385 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
2386 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
2387 restore sequence on some machines.
2388
2389 @item
2390 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
2391 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
2392 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
2393 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
2394 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
2395 and restoring additional data such as register window information or
2396 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
2397 such required data.
2398 @end enumerate
2399
2400 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
2401 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
2402 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
2403 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
2404 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
2405 for a particular type of save (either because no save is needed or
2406 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
2407 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
2408 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
2409 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
2410
2411 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
2412 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
2413 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
2414
2415 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
2416 @item @samp{allocate_stack}
2417 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
2418 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
2419
2420 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
2421 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
2422 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
2423 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
2424 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
2425 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
2426 stack is free.
2427
2428 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
2429 Some machines require other operations such as stack probes or
2430 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
2431 operations in addition to updating the stack pointer.
2432
2433 @cindex @code{probe} instruction pattern
2434 @item @samp{probe}
2435 Some machines require instructions to be executed after space is
2436 allocated from the stack, for example to generate a reference at
2437 the bottom of the stack.
2438
2439 If you need to emit instructions before the stack has been adjusted,
2440 put them into the @samp{allocate_stack} pattern.  Otherwise, define
2441 this pattern to emit the required instructions.
2442
2443 No operands are provided.
2444
2445 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
2446 @item @samp{check_stack}
2447 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
2448 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
2449 to perform the needed check and signaling an error if the stack
2450 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
2451 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
2452 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
2453 limit from a global or thread-specific variable or register.
2454
2455 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
2456 @item @samp{nonlocal_goto}
2457 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
2458 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
2459 each representing a value to be used in the jump.  The first
2460 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
2461 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
2462 the third is the address of a location where the stack is saved,
2463 and the last is the address of the label, to be placed in the
2464 location for the incoming static chain.
2465
2466 On most machines you need not define this pattern, since GNU CC will
2467 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
2468 and static chain, restore the stack (using the
2469 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
2470 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
2471 not work on your machine.
2472
2473 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
2474 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
2475 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
2476 nonlocal goto after the code already generated by GNU CC.  You will not
2477 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
2478 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
2479 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
2480 goto only ocurrs within a unit-of-translation, so a global table pointer
2481 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
2482 There are no arguments.
2483
2484 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
2485 @item @samp{exception_receiver}
2486 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
2487 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
2488 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
2489 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
2490 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
2491 an exception.  There are no arguments.
2492
2493 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
2494 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
2495 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
2496 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
2497 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
2498 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
2499 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
2500 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
2501 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
2502 the first three are normally used by the generic mechanism.
2503
2504 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
2505 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
2506 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
2507 builtin setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
2508 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
2509 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
2510 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
2511 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
2512 at a small offset from that label.
2513
2514 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
2515 @item @samp{builtin_longjmp}
2516 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
2517 You will not normally need to define this pattern unless you also define
2518 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
2519 @code{jmp_buf}.
2520
2521 @cindex @code{eh_epilogue} instruction pattern
2522 @item @samp{eh_epilogue}
2523 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
2524 and thence @code{__throw} are built.  It is intended to allow communication
2525 between the exception handling machinery and the normal epilogue code
2526 for the target.
2527
2528 The pattern takes three arguments.  The first is the exception context
2529 pointer.  This will have already been copied to the function return
2530 register appropriate for a pointer; normally this can be ignored.  The
2531 second argument is an offset to be added to the stack pointer.  It will 
2532 have been copied to some arbitrary call-clobbered hard reg so that it
2533 will survive until after reload to when the normal epilogue is generated. 
2534 The final argument is the address of the exception handler to which
2535 the function should return.  This will normally need to copied by the
2536 pattern to some special register.
2537
2538 This pattern must be defined if @code{RETURN_ADDR_RTX} does not yield
2539 something that can be reliably and permanently modified, i.e. a fixed
2540 hard register or a stack memory reference.
2541
2542 @cindex @code{prologue} instruction pattern
2543 @item @samp{prologue}
2544 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
2545 entry is resposible for setting up the stack frame, initializing the frame
2546 pointer register, saving callee saved registers, etc.
2547
2548 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
2549 @code{FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
2550
2551 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
2552 instruction scheduling.
2553
2554 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
2555 @item @samp{epilogue}
2556 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function.  The function
2557 exit is resposible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
2558 registers and emitting the return instruction.
2559
2560 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
2561 @code{FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the prologue.
2562
2563 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
2564 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
2565
2566 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
2567 @item @samp{sibcall_epilogue}
2568 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
2569 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
2570 sibling call (aka tail call) sites.
2571
2572 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
2573 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
2574 function.  
2575 @end table
2576
2577 @node Pattern Ordering
2578 @section When the Order of Patterns Matters
2579 @cindex Pattern Ordering
2580 @cindex Ordering of Patterns
2581
2582 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
2583 pattern that appears first in the machine description is the one used.
2584 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
2585 and faster instructions (those that will produce better code when they
2586 do match) should usually go first in the description.
2587
2588 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
2589 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
2590 instruction for converting a fullword to floating point and another
2591 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
2592 an integer to floating point could match either one.  We put the
2593 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
2594 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
2595 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
2596 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
2597 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
2598 constant value.
2599
2600 @node Dependent Patterns
2601 @section Interdependence of Patterns
2602 @cindex Dependent Patterns
2603 @cindex Interdependence of Patterns
2604
2605 Every machine description must have a named pattern for each of the
2606 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
2607 must always have the form
2608
2609 @example
2610 (set (pc)
2611      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
2612                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
2613                    (pc)))
2614 @end example
2615
2616 @noindent
2617 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
2618 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
2619 look like
2620
2621 @example
2622 (set (pc)
2623      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
2624                    (pc)
2625                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
2626 @end example
2627
2628 @noindent
2629 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
2630 branches into reverse-conditional branches.
2631
2632 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
2633 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
2634 example,
2635
2636 @example
2637 (define_insn ""
2638   [(set (pc)
2639         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
2640                                       [(cc0) (const_int 0)])
2641                       (pc)
2642                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
2643   "@var{condition}"
2644   "@dots{}")
2645 @end example
2646
2647 In some cases machines support instructions identical except for the
2648 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
2649 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
2650 patterns are
2651
2652 @example
2653 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
2654      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
2655
2656 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
2657      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
2658 @end example
2659
2660 @noindent
2661 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
2662 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
2663 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
2664 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
2665 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
2666 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
2667
2668 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
2669 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
2670 compilations.
2671
2672 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
2673 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
2674 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
2675 you should not provide separate patterns for increment and decrement
2676 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
2677 that supports register-register add insns by examining the operands and
2678 generating the appropriate machine instruction.
2679
2680 @node Jump Patterns
2681 @section Defining Jump Instruction Patterns
2682 @cindex jump instruction patterns
2683 @cindex defining jump instruction patterns
2684
2685 For most machines, GNU CC assumes that the machine has a condition code.
2686 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
2687 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
2688 insn tests the condition code and branches or not according its value.
2689 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
2690 common machines, such as the Vax, the 68000 and the 32000, work this
2691 way.
2692
2693 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
2694 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
2695 these machines is to treat them just like the others until the final stage
2696 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
2697 compare instruction, peek ahead at the following branch using
2698 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
2699 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
2700 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
2701 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
2702 can treat signed and unsigned branches identically.
2703
2704 The reason you can do this is that GNU CC always generates a pair of
2705 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
2706 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
2707 until the end.
2708
2709 To go with this technique, you must define the machine-description macro
2710 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
2711 compare instruction is superfluous.
2712
2713 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
2714 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
2715 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
2716 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
2717 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
2718
2719 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
2720 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
2721 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
2722 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
2723 above in addition to any special patterns you define.
2724
2725 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
2726 code and there may not even be a separate condition code register.  On
2727 these machines, the restriction that the definition and use of the
2728 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
2729 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
2730 delay for taken branches unless the condition code register is set three
2731 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
2732 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
2733 separate the definition and use of the condition code register.
2734
2735 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
2736 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
2737 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
2738 comparison result can be placed in any general register, or if there are
2739 multiple condition registers, use a pseudo register.
2740
2741 @findex prev_cc0_setter
2742 @findex next_cc0_user
2743 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
2744 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
2745 Sparc, setting the condition code directly from an add or subtract
2746 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
2747 instruction does, so a different branch instruction must be used for
2748 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
2749 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
2750 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
2751 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
2752 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
2753 and @code{next_cc0_user}.
2754
2755 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
2756 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
2757 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
2758 we use the machine mode of the condition code register to record
2759 different formats of the condition code register.
2760
2761 Registers used to store the condition code value should have a mode that
2762 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
2763 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
2764 the Sparc), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
2765 additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
2766 @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
2767
2768 If it is known during RTL generation that a different mode will be
2769 required (for example, if the machine has separate compare instructions
2770 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
2771 be specified at that time.
2772
2773 If the cases that require different modes would be made by instruction
2774 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
2775 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
2776 written using that mode.  To support the case of the add on the Sparc
2777 discussed above, we have the pattern
2778
2779 @smallexample
2780 (define_insn ""
2781   [(set (reg:CC_NOOV 0)
2782         (compare:CC_NOOV
2783           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
2784                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
2785           (const_int 0)))]
2786   ""
2787   "@dots{}")
2788 @end smallexample
2789
2790 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the Sparc returns @code{CC_NOOVmode}
2791 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
2792
2793 @node Insn Canonicalizations
2794 @section Canonicalization of Instructions
2795 @cindex canonicalization of instructions
2796 @cindex insn canonicalization
2797
2798 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
2799 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
2800 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
2801 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
2802 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
2803 number of insn patterns required.
2804
2805 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
2806 are performed:
2807
2808 @itemize @bullet
2809 @item
2810 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
2811 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
2812 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
2813 be supplied.
2814
2815 @cindex @code{neg}, canonicalization of
2816 @cindex @code{not}, canonicalization of
2817 @cindex @code{mult}, canonicalization of
2818 @cindex @code{plus}, canonicalization of
2819 @cindex @code{minus}, canonicalization of
2820 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
2821 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
2822 first operand.
2823
2824 @cindex @code{compare}, canonicalization of
2825 @item
2826 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
2827 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
2828 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
2829 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
2830 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
2831 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
2832 such an instruction.
2833
2834 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
2835 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
2836 above.
2837
2838 @item
2839 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
2840 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
2841
2842 @item
2843 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
2844 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
2845
2846 @cindex @code{ior}, canonicalization of
2847 @cindex @code{and}, canonicalization of
2848 @cindex De Morgan's law
2849 @item
2850 De`Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
2851 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
2852 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
2853
2854 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
2855 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
2856 for that instruction as
2857
2858 @example
2859 (define_insn ""
2860   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2861         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
2862                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
2863   "@dots{}"
2864   "@dots{}")
2865 @end example
2866
2867 @noindent
2868 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
2869
2870 @example
2871 (define_insn ""
2872   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2873         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
2874                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
2875   "@dots{}"
2876   "@dots{}")
2877 @end example
2878
2879 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
2880 logically equivalent RTL expressions.
2881
2882 @cindex @code{xor}, canonicalization of
2883 @item
2884 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
2885 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
2886 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.@refill
2887
2888 @item
2889 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
2890 the form
2891
2892 @example
2893 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
2894 @end example
2895
2896 @item
2897 On machines that do not use @code{cc0},
2898 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
2899 @var{x}.@refill
2900
2901 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
2902 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
2903 @item
2904 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
2905 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
2906 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
2907
2908 @end itemize
2909
2910 @node Expander Definitions
2911 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
2912 @cindex expander definitions
2913 @cindex code generation RTL sequences
2914 @cindex defining RTL sequences for code generation
2915
2916 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
2917 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
2918 represent them.  For these target machines, you can write a
2919 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL.
2920
2921 @findex define_expand
2922 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
2923 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
2924 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
2925
2926 A @code{define_expand} RTX has four operands:
2927
2928 @itemize @bullet
2929 @item
2930 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
2931 use for it is to refer to it by name.
2932
2933 @item
2934 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
2935 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
2936 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
2937
2938 @item
2939 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
2940 used to express how the availability of this pattern depends on
2941 subclasses of target machine, selected by command-line options when GNU
2942 CC is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
2943 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
2944 depend on the data in the insn being matched, but only the
2945 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
2946 during initialization in order to learn exactly which named instructions
2947 are available in a particular run.
2948
2949 @item
2950 The preparation statements, a string containing zero or more C
2951 statements which are to be executed before RTL code is generated from
2952 the RTL template.
2953
2954 Usually these statements prepare temporary registers for use as
2955 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
2956 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
2957 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
2958 @end itemize
2959
2960 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
2961 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
2962 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
2963 it.
2964
2965 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
2966 also describes the operands that need to be specified when this pattern
2967 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
2968
2969 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
2970 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
2971 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
2972 predicate into the tables that record such things.  GNU CC uses the
2973 information to preload the operand into a register if that is required for
2974 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
2975 references should use @code{match_dup}.
2976
2977 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
2978 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
2979 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
2980 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
2981 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
2982 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
2983 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
2984 compute the values and store them into the appropriate elements of
2985 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
2986
2987 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
2988 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
2989 as a statement.
2990
2991 @table @code
2992
2993 @findex DONE
2994 @item DONE
2995 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
2996 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
2997 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
2998 preparation statements; the RTL template will not be generated.
2999
3000 @findex FAIL
3001 @item FAIL
3002 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
3003 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
3004 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
3005
3006 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
3007 shifting, etc.) and bitfield (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
3008 operations.
3009 @end table
3010
3011 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
3012
3013 @smallexample
3014 @group
3015 (define_expand "ashlsi3"
3016   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3017         (ashift:SI
3018 @end group
3019 @group
3020           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
3021           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
3022   ""
3023   "
3024 @end group
3025 @end smallexample
3026
3027 @smallexample
3028 @group
3029 @{
3030   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
3031       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
3032     FAIL;
3033 @}")
3034 @end group
3035 @end smallexample
3036
3037 @noindent
3038 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
3039 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
3040 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
3041 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
3042 library call).
3043
3044 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
3045 patterns with names, then it would be possible to use a
3046 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
3047 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
3048
3049 @smallexample
3050 (define_expand "zero_extendhisi2"
3051   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
3052         (const_int 0))
3053    (set (strict_low_part
3054           (subreg:HI
3055             (match_dup 0)
3056             0))
3057         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
3058   ""
3059   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
3060 @end smallexample
3061
3062 @noindent
3063 @findex make_safe_from
3064 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
3065 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
3066 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
3067 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
3068 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
3069 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
3070 by emitting another RTL insn.
3071
3072 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
3073 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
3074 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
3075 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
3076 on this machine.  So it must be copied into a register with
3077 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
3078
3079 @smallexample
3080 (define_expand "zero_extendhisi2"
3081   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3082         (and:SI (subreg:SI
3083                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
3084                   0)
3085                 (match_dup 2)))]
3086   ""
3087   "operands[2]
3088      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
3089 @end smallexample
3090
3091 @strong{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
3092 standard binary or unary arithmetic operation or a bitfield operation,
3093 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
3094 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
3095 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
3096 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
3097 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
3098 in the compiler.@refill
3099
3100 @node Insn Splitting
3101 @section Defining How to Split Instructions
3102 @cindex insn splitting
3103 @cindex instruction splitting
3104 @cindex splitting instructions
3105
3106 There are two cases where you should specify how to split a pattern into
3107 multiple insns.  On machines that have instructions requiring delay
3108 slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose output is
3109 not available for multiple cycles (@pxref{Function Units}), the compiler
3110 phases that optimize these cases need to be able to move insns into
3111 one-instruction delay slots.  However, some insns may generate more than one
3112 machine instruction.  These insns cannot be placed into a delay slot.
3113
3114 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
3115 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
3116 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
3117 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
3118 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
3119 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
3120 scheduling.
3121
3122 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
3123 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
3124 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
3125 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
3126 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
3127 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
3128 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
3129 split the addition into two insns is machine-dependent.
3130
3131 @findex define_split
3132 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
3133 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
3134
3135 @smallexample
3136 (define_split
3137   [@var{insn-pattern}]
3138   "@var{condition}"
3139   [@var{new-insn-pattern-1}
3140    @var{new-insn-pattern-2}
3141    @dots{}]
3142   "@var{preparation statements}")
3143 @end smallexample
3144
3145 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
3146 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
3147 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
3148 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
3149 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
3150 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
3151
3152 The @var{preparation statements} are similar to those statements that
3153 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3154 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
3155 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
3156 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
3157 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
3158 must not allocate any space in the stack frame.
3159
3160 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
3161 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
3162 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
3163 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
3164 @code{reload_completed} is non-zero, is known to satisfy the constraints
3165 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
3166 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
3167 @code{reload_completed} is non-zero, must also satisfy the constraints
3168 of those definitions.
3169
3170 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
3171 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
3172 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
3173
3174 @smallexample
3175 (define_split
3176   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
3177         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
3178   ""
3179   [(set (match_dup 0)
3180         (ashift:SI (match_dup 1)
3181                    (const_int 16)))
3182    (set (match_dup 0)
3183         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
3184                      (const_int 16)))]
3185   "
3186 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
3187 @end smallexample
3188
3189 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
3190 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
3191 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
3192 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
3193 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
3194 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
3195 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
3196 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
3197 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
3198 @code{define_split} that will never produce insns that match).
3199
3200 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
3201 @file{rs6000.md}:
3202
3203 @smallexample
3204 (define_split
3205   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
3206         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
3207                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
3208   ""
3209   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
3210    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
3211 "
3212 @{
3213   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
3214   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
3215
3216   if (low & 0x8000)
3217     high++, low |= 0xffff0000;
3218
3219   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
3220   operands[4] = GEN_INT (low);
3221 @}")
3222 @end smallexample
3223
3224 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
3225 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
3226 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
3227 can be substituted into the address of a subsequent operation.
3228
3229 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
3230 an equality comparison of a register and a large constant:
3231
3232 @smallexample
3233 (define_split
3234   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
3235         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
3236                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
3237    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
3238   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
3239    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
3240        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
3241   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
3242    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
3243   "
3244 @{
3245   /* Get the constant we are comparing against, C, and see what it
3246      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
3247      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.  */
3248
3249   int c = INTVAL (operands[2]);
3250   int sextc = (c << 16) >> 16;
3251   int xorv = c ^ sextc;
3252
3253   operands[4] = GEN_INT (xorv);
3254   operands[5] = GEN_INT (sextc);
3255 @}")
3256 @end smallexample
3257
3258 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
3259 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
3260 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
3261 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
3262 are not valid.
3263
3264 @node Peephole Definitions
3265 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
3266 @cindex peephole optimizer definitions
3267 @cindex defining peephole optimizers
3268
3269 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
3270 definitions of machine-specific peephole optimizations.
3271
3272 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
3273 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
3274 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
3275 though the second one does not appear to use a register computed in the
3276 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
3277 opportunities.
3278
3279 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
3280 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
3281 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
3282 is deprecated.
3283
3284 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
3285 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
3286 but before scheduling, which may result in much better code for 
3287 targets that do scheduling.
3288
3289 @menu
3290 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
3291 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
3292 @end menu
3293
3294 @node define_peephole
3295 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
3296 @findex define_peephole
3297
3298 @need 1000
3299 A definition looks like this:
3300
3301 @smallexample
3302 (define_peephole
3303   [@var{insn-pattern-1}
3304    @var{insn-pattern-2}
3305    @dots{}]
3306   "@var{condition}"
3307   "@var{template}"
3308   "@var{optional insn-attributes}")
3309 @end smallexample
3310
3311 @noindent
3312 The last string operand may be omitted if you are not using any
3313 machine-specific information in this machine description.  If present,
3314 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
3315
3316 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
3317 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
3318 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
3319 the next, and so on.@refill
3320
3321 Each of the insns matched by a peephole must also match a
3322 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
3323 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
3324 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
3325 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
3326 stages.
3327
3328 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
3329 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
3330 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
3331 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
3332 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
3333 other.
3334
3335 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
3336 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
3337 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
3338 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
3339 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
3340
3341 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
3342 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
3343 previously tested.
3344
3345 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
3346 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
3347 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
3348 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
3349 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
3350 patterns.
3351
3352 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
3353 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
3354 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
3355 the operands.
3356
3357 @findex prev_active_insn
3358 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
3359 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
3360 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
3361 to refer to the last of the insns being matched; use
3362 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
3363
3364 @findex dead_or_set_p
3365 When optimizing computations with intermediate results, you can use
3366 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
3367 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
3368 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
3369 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
3370 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
3371 value (from @code{operands[@var{i}]}).@refill
3372
3373 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
3374 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
3375 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
3376 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
3377 used in matching the original sequence of insns.
3378
3379 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
3380 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
3381 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
3382 as the insn pattern to control how the insn is output.
3383
3384 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
3385 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
3386
3387 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
3388
3389 @smallexample
3390 (define_peephole
3391   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
3392    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
3393         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
3394   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
3395   "*
3396 @{
3397   rtx xoperands[2];
3398   xoperands[1] = gen_rtx (REG, SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
3399 #ifdef MOTOROLA
3400   output_asm_insn (\"move.l %1,(sp)\", xoperands);
3401   output_asm_insn (\"move.l %1,-(sp)\", operands);
3402   return \"fmove.d (sp)+,%0\";
3403 #else
3404   output_asm_insn (\"movel %1,sp@@\", xoperands);
3405   output_asm_insn (\"movel %1,sp@@-\", operands);
3406   return \"fmoved sp@@+,%0\";
3407 #endif
3408 @}
3409 ")
3410 @end smallexample
3411
3412 @need 1000
3413 The effect of this optimization is to change
3414
3415 @smallexample
3416 @group
3417 jbsr _foobar
3418 addql #4,sp
3419 movel d1,sp@@-
3420 movel d0,sp@@-
3421 fmoved sp@@+,fp0
3422 @end group
3423 @end smallexample
3424
3425 @noindent
3426 into
3427
3428 @smallexample
3429 @group
3430 jbsr _foobar
3431 movel d1,sp@@
3432 movel d0,sp@@-
3433 fmoved sp@@+,fp0
3434 @end group
3435 @end smallexample
3436
3437 @ignore
3438 @findex CC_REVERSED
3439 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
3440 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
3441 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
3442 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
3443 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
3444 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
3445 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
3446 and in this C code check the condition code status flags and change the
3447 assembler code as appropriate.
3448 @end ignore
3449
3450 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
3451 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
3452 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
3453 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
3454 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
3455 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
3456 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
3457 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
3458 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
3459
3460 @smallexample
3461 (define_insn "divmodsi4"
3462   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
3463         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
3464                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
3465    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
3466         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
3467   "TARGET_68020"
3468   "divsl%.l %2,%3:%0")
3469 @end smallexample
3470
3471 @noindent
3472 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
3473
3474 @smallexample
3475 (define_peephole
3476   [@dots{}
3477    (parallel
3478     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
3479           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
3480                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
3481      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
3482           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
3483    @dots{}]
3484   @dots{})
3485 @end smallexample
3486
3487 @node define_peephole2
3488 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
3489 @findex define_peephole2
3490
3491 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
3492 substitute one sequence of instructions for another sequence, 
3493 what additional scratch registers may be needed and what their
3494 lifetimes must be.
3495
3496 @smallexample
3497 (define_peephole2
3498   [@var{insn-pattern-1}
3499    @var{insn-pattern-2}
3500    @dots{}]
3501   "@var{condition}"
3502   [@var{new-insn-pattern-1}
3503    @var{new-insn-pattern-2}
3504    @dots{}]
3505   "@var{preparation statements}")
3506 @end smallexample
3507
3508 The definition is almost identical to @code{define_split}
3509 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
3510 single instruction, but a sequence of instructions.
3511
3512 It is possible to request additional scratch registers for use in the
3513 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
3514 will simply not match.
3515
3516 @findex match_scratch
3517 @findex match_dup
3518 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
3519 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
3520 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
3521 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
3522 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
3523 at which the register must be available.
3524
3525 Here is an example from the IA-32 machine description:
3526
3527 @smallexample
3528 (define_peephole2
3529   [(match_scratch:SI 2 "r")
3530    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3531                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
3532                      [(match_dup 0)
3533                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
3534               (clobber (reg:CC 17))])]
3535   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
3536   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
3537    (parallel [(set (match_dup 0)
3538                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
3539               (clobber (reg:CC 17))])]
3540   "")
3541 @end smallexample
3542
3543 @noindent
3544 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
3545 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
3546 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
3547 to be live only at the point just before the arithmetic.
3548
3549 A real example requring extended scratch lifetimes is harder to come by,
3550 so here's a silly made-up example:
3551
3552 @smallexample
3553 (define_peephole2
3554   [(match_scratch:SI 4 "r")
3555    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
3556    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
3557    (match_dup 4)
3558    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
3559   "@var{determine 1 does not overlap 0 and 2}"
3560   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
3561    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
3562    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
3563    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
3564   "")
3565 @end smallexample
3566
3567 @noindent
3568 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
3569 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
3570 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
3571
3572 @node Insn Attributes
3573 @section Instruction Attributes
3574 @cindex insn attributes
3575 @cindex instruction attributes
3576
3577 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
3578 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
3579 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
3580 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
3581 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
3582 to track the condition codes.
3583
3584 @menu
3585 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
3586 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
3587 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
3588 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
3589 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
3590 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
3591 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
3592 * Function Units::      Specifying information for insn scheduling.
3593 @end menu
3594
3595 @node Defining Attributes
3596 @subsection Defining Attributes and their Values
3597 @cindex defining attributes and their values
3598 @cindex attributes, defining
3599
3600 @findex define_attr
3601 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
3602 by the target machine.  It looks like:
3603
3604 @smallexample
3605 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
3606 @end smallexample
3607
3608 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
3609
3610 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
3611 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
3612 indicate that the attribute takes numeric values.
3613
3614 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
3615 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
3616 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
3617 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
3618 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
3619
3620 @findex insn-attr.h
3621 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
3622 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
3623 specified for an attribute, the following are defined:
3624
3625 @itemize @bullet
3626 @item
3627 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
3628
3629 @item
3630 An enumeral class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
3631 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
3632 the attribute name and value are first converted to upper case.
3633
3634 @item
3635 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
3636 returns the attribute value for that insn.
3637 @end itemize
3638
3639 For example, if the following is present in the @file{md} file:
3640
3641 @smallexample
3642 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
3643 @end smallexample
3644
3645 @noindent
3646 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
3647
3648 @smallexample
3649 #define HAVE_ATTR_type
3650 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
3651                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
3652 extern enum attr_type get_attr_type ();
3653 @end smallexample
3654
3655 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
3656 defined and the function to obtain the attribute's value will return
3657 @code{int}.
3658
3659 @node Expressions
3660 @subsection Attribute Expressions
3661 @cindex attribute expressions
3662
3663 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
3664 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
3665 Attribute value expressions must have one of the following forms:
3666
3667 @table @code
3668 @cindex @code{const_int} and attributes
3669 @item (const_int @var{i})
3670 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
3671 must be non-negative.
3672
3673 The value of a numeric attribute can be specified either with a
3674 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
3675 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
3676 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
3677 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
3678
3679 @cindex @code{const_string} and attributes
3680 @item (const_string @var{value})
3681 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
3682 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
3683 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
3684 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
3685 of a @code{define_attr}.@refill
3686
3687 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
3688 must be a string containing a non-negative integer (normally
3689 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
3690 contain one of the valid values for the attribute.
3691
3692 @cindex @code{if_then_else} and attributes
3693 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
3694 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
3695 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
3696 otherwise it is @var{false-value}.
3697
3698 @cindex @code{cond} and attributes
3699 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
3700 The first operand of this expression is a vector containing an even
3701 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
3702 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
3703 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
3704 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
3705 expression is that of the @var{default} expression.
3706 @end table
3707
3708 @var{test} expressions can have one of the following forms:
3709
3710 @table @code
3711 @cindex @code{const_int} and attribute tests
3712 @item (const_int @var{i})
3713 This test is true if @var{i} is non-zero and false otherwise.
3714
3715 @cindex @code{not} and attributes
3716 @cindex @code{ior} and attributes
3717 @cindex @code{and} and attributes
3718 @item (not @var{test})
3719 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
3720 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
3721 These tests are true if the indicated logical function is true.
3722
3723 @cindex @code{match_operand} and attributes
3724 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
3725 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
3726 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
3727 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
3728 @var{pred} returns a non-zero value when passed operand @var{n} and mode
3729 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
3730 string).
3731
3732 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
3733
3734 @cindex @code{le} and attributes
3735 @cindex @code{leu} and attributes
3736 @cindex @code{lt} and attributes
3737 @cindex @code{gt} and attributes
3738 @cindex @code{gtu} and attributes
3739 @cindex @code{ge} and attributes
3740 @cindex @code{geu} and attributes
3741 @cindex @code{ne} and attributes
3742 @cindex @code{eq} and attributes
3743 @cindex @code{plus} and attributes
3744 @cindex @code{minus} and attributes
3745 @cindex @code{mult} and attributes
3746 @cindex @code{div} and attributes
3747 @cindex @code{mod} and attributes
3748 @cindex @code{abs} and attributes
3749 @cindex @code{neg} and attributes
3750 @cindex @code{ashift} and attributes
3751 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
3752 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
3753 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
3754 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
3755 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
3756 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
3757 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
3758 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
3759 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
3760 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
3761 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
3762 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
3763 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
3764 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
3765 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
3766 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
3767 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.@refill
3768
3769 @findex get_attr
3770 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
3771 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
3772 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
3773 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
3774 variable.@refill
3775
3776 @findex eq_attr
3777 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
3778 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
3779
3780 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
3781 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
3782 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
3783 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
3784 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
3785 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
3786 @emph{not} in the specified list.
3787
3788 For example,
3789
3790 @smallexample
3791 (eq_attr "type" "load,store")
3792 @end smallexample
3793
3794 @noindent
3795 is equivalent to
3796
3797 @smallexample
3798 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
3799 @end smallexample
3800
3801 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
3802 value of the compiler variable @code{which_alternative}
3803 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
3804 example,@refill
3805
3806 @smallexample
3807 (eq_attr "alternative" "2,3")
3808 @end smallexample
3809
3810 @noindent
3811 is equivalent to
3812
3813 @smallexample
3814 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
3815      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
3816 @end smallexample
3817
3818 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
3819 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
3820 a particular pattern.  This is by far the most common case.@refill
3821
3822 @findex attr_flag
3823 @item (attr_flag @var{name})
3824 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
3825 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
3826 scheduled.
3827
3828 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
3829 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
3830 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
3831 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
3832 if a conditional branch is expected to be taken.
3833
3834 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
3835 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
3836
3837 This example describes a conditional branch delay slot which
3838 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
3839 for backward branches which are not taken (annul-false).
3840
3841 @smallexample
3842 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
3843   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
3844    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
3845         (attr_flag "forward"))
3846    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
3847         (attr_flag "backward"))])
3848 @end smallexample
3849
3850 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
3851 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
3852
3853 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
3854 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
3855 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
3856 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
3857
3858 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
3859 meaning to other passes of the compiler.
3860
3861 @findex attr
3862 @item (attr @var{name})
3863 The value of another attribute is returned.  This is most useful
3864 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
3865 produce more efficient code for non-numeric attributes.
3866 @end table
3867
3868 @node Tagging Insns
3869 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
3870 @cindex tagging insns
3871 @cindex assigning attribute values to insns
3872
3873 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
3874 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
3875 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
3876 have an optional last argument to specify the values of attributes for
3877 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
3878 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
3879 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
3880 permits the specification of the values for only one or two attributes
3881 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
3882 next section.@refill
3883
3884 The optional last argument of @code{define_insn} and
3885 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
3886 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
3887 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
3888 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
3889 second operand of the @code{set} is an attribute expression
3890 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.@refill
3891
3892 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
3893 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
3894 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
3895 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
3896 each alternative.
3897
3898 @findex set_attr
3899 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
3900 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
3901 specifying a string giving either a single attribute value or a list
3902 of attribute values, one for each alternative.
3903
3904 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
3905 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
3906
3907 @table @code
3908 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
3909 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
3910 or a string containing a comma-separated list giving the values for
3911 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
3912 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
3913
3914 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
3915 which case the attribute will assume its default value for insns matching
3916 that alternative.
3917
3918 @findex set_attr_alternative
3919 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
3920 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
3921 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
3922 tests on the @samp{alternative} attribute.
3923
3924 @findex attr
3925 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
3926 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
3927 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
3928 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
3929 @end table
3930
3931 The following shows three different ways of representing the same
3932 attribute value specification:
3933
3934 @smallexample
3935 (set_attr "type" "load,store,arith")
3936
3937 (set_attr_alternative "type"
3938                       [(const_string "load") (const_string "store")
3939                        (const_string "arith")])
3940
3941 (set (attr "type")
3942      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
3943             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
3944            (const_string "arith")))
3945 @end smallexample
3946
3947 @need 1000
3948 @findex define_asm_attributes
3949 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
3950 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
3951 statement.  It has the form:
3952
3953 @smallexample
3954 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
3955 @end smallexample
3956
3957 @noindent
3958 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
3959 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
3960
3961 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
3962 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
3963
3964 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
3965 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
3966 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
3967 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
3968 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
3969 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
3970 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
3971 of a single machine instruction.
3972
3973 @node Attr Example
3974 @subsection Example of Attribute Specifications
3975 @cindex attribute specifications example
3976 @cindex attribute specifications
3977
3978 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
3979 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
3980 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
3981 value.  This attribute is normally used only to define the default value
3982 for other attributes.  An example will clarify this usage.
3983
3984 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
3985 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
3986 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
3987 operations, floating point operations, and branches.
3988
3989 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
3990 the condition code and will limit ourselves to the following possible
3991 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
3992 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
3993 changed if the item previously set into the condition code has been
3994 modified.
3995
3996 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
3997
3998 @smallexample
3999 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
4000
4001 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
4002              (cond [(eq_attr "type" "load")
4003                         (const_string "change0")
4004                     (eq_attr "type" "store,branch")
4005                         (const_string "unchanged")
4006                     (eq_attr "type" "arith")
4007                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
4008                                       (const_string "set")
4009                                       (const_string "clobber"))]
4010                    (const_string "clobber")))
4011
4012 (define_insn ""
4013   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
4014         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
4015   ""
4016   "@@
4017    move %0,%1
4018    load %0,%1
4019    store %0,%1"
4020   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
4021 @end smallexample
4022
4023 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
4024 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
4025 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
4026 full-word result.
4027
4028 @node Insn Lengths
4029 @subsection Computing the Length of an Insn
4030 @cindex insn lengths, computing
4031 @cindex computing the length of an insn
4032
4033 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
4034 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
4035 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
4036 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @samp{length}
4037 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
4038 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
4039
4040 In the case of the @samp{length} attribute, two additional forms of
4041 arithmetic terms are allowed in test expressions:
4042
4043 @table @code
4044 @cindex @code{match_dup} and attributes
4045 @item (match_dup @var{n})
4046 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
4047 must be a @code{label_ref}.
4048
4049 @cindex @code{pc} and attributes
4050 @item (pc)
4051 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
4052 been more consistent with other usage to make this the address of the
4053 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
4054 current insn is to be computed.
4055 @end table
4056
4057 @cindex @code{addr_vec}, length of
4058 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
4059 For normal insns, the length will be determined by value of the
4060 @samp{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
4061 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
4062 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
4063
4064 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
4065
4066 The following macros can be used to refine the length computation:
4067
4068 @table @code
4069 @findex FIRST_INSN_ADDRESS
4070 @item FIRST_INSN_ADDRESS
4071 When the @code{length} insn attribute is used, this macro specifies the
4072 value to be assigned to the address of the first insn in a function.  If
4073 not specified, 0 is used.
4074
4075 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
4076 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
4077 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
4078 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
4079 that contains the initially computed length of the insn and should be
4080 updated with the correct length of the insn.
4081
4082 This macro will normally not be required.  A case in which it is
4083 required is the ROMP.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
4084 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
4085 may be required.
4086 @end table
4087
4088 @findex get_attr_length
4089 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
4090 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
4091 determine the form of the branch instruction to be written, as the
4092 example below illustrates.
4093
4094 As an example of the specification of variable-length branches, consider
4095 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
4096 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
4097 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
4098 sequence to load the address from memory and then branch to it.
4099
4100 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
4101 as follows:
4102
4103 @smallexample
4104 (define_insn "jump"
4105   [(set (pc)
4106         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
4107   ""
4108   "*
4109 @{
4110    return (get_attr_length (insn) == 4
4111            ? \"b %l0\" : \"l r15,=a(%l0); br r15\");
4112 @}"
4113   [(set (attr "length") (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
4114                                       (const_int 4)
4115                                       (const_int 6)))])
4116 @end smallexample
4117
4118 @node Constant Attributes
4119 @subsection Constant Attributes
4120 @cindex constant attributes
4121
4122 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
4123 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
4124 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
4125 used to specify which variety of processor is used.  For example,
4126
4127 @smallexample
4128 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
4129  (const
4130   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
4131          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
4132         (const_string "m88000"))))
4133
4134 (define_attr "memory" "fast,slow"
4135  (const
4136   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
4137                 (const_string "fast")
4138                 (const_string "slow"))))
4139 @end smallexample
4140
4141 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
4142 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
4143 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
4144 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
4145 forms involving insn attributes.
4146
4147 @node Delay Slots
4148 @subsection Delay Slot Scheduling
4149 @cindex delay slots, defining
4150
4151 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
4152 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
4153 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
4154 after the instruction are executed as if they were located before it.
4155 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
4156 the following instruction before the branch or call is performed.
4157
4158 On some machines, conditional branch instructions can optionally
4159 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
4160 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
4161 instructions that annul if the branch is true and instructions that
4162 annul if the branch is false are supported.
4163
4164 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
4165 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
4166 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
4167 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
4168 instruction scheduling.
4169
4170 @findex define_delay
4171 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
4172 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
4173
4174 @smallexample
4175 (define_delay @var{test}
4176               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
4177                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
4178                @dots{}])
4179 @end smallexample
4180
4181 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
4182 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
4183 required delay slots is determined by the length of the vector specified
4184 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
4185 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
4186 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
4187 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
4188 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
4189 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.@refill
4190
4191 For example, in the common case where branch and call insns require
4192 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
4193 call, the following would be placed in the @file{md} file:
4194
4195 @smallexample
4196 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
4197               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
4198 @end smallexample
4199
4200 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
4201 case, each such expression specifies different delay slot requirements
4202 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
4203 expressions are both true.
4204
4205 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
4206 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
4207 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
4208 branch is true, we might represent this as follows:
4209
4210 @smallexample
4211 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
4212    [(eq_attr "type" "!branch,call")
4213     (eq_attr "type" "!branch,call")
4214     (nil)])
4215
4216 (define_delay (eq_attr "type" "call")
4217               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
4218                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
4219 @end smallexample
4220 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
4221
4222 @node Function Units
4223 @subsection Specifying Function Units
4224 @cindex function units, for scheduling
4225
4226 On most RISC machines, there are instructions whose results are not
4227 available for a specific number of cycles.  Common cases are instructions
4228 that load data from memory.  On many machines, a pipeline stall will result
4229 if the data is referenced too soon after the load instruction.
4230
4231 In addition, many newer microprocessors have multiple function units, usually
4232 one for integer and one for floating point, and often will incur pipeline
4233 stalls when a result that is needed is not yet ready.
4234
4235 The descriptions in this section allow the specification of how much
4236 time must elapse between the execution of an instruction and the time
4237 when its result is used.  It also allows specification of when the
4238 execution of an instruction will delay execution of similar instructions
4239 due to function unit conflicts.
4240
4241 For the purposes of the specifications in this section, a machine is
4242 divided into @dfn{function units}, each of which execute a specific
4243 class of instructions in first-in-first-out order.  Function units that
4244 accept one instruction each cycle and allow a result to be used in the
4245 succeeding instruction (usually via forwarding) need not be specified.
4246 Classic RISC microprocessors will normally have a single function unit,
4247 which we can call @samp{memory}.  The newer ``superscalar'' processors
4248 will often have function units for floating point operations, usually at
4249 least a floating point adder and multiplier.
4250
4251 @findex define_function_unit
4252 Each usage of a function units by a class of insns is specified with a
4253 @code{define_function_unit} expression, which looks like this:
4254
4255 @smallexample
4256 (define_function_unit @var{name} @var{multiplicity} @var{simultaneity}
4257                       @var{test} @var{ready-delay} @var{issue-delay}
4258                      [@var{conflict-list}])
4259 @end smallexample
4260
4261 @var{name} is a string giving the name of the function unit.
4262
4263 @var{multiplicity} is an integer specifying the number of identical
4264 units in the processor.  If more than one unit is specified, they will
4265 be scheduled independently.  Only truly independent units should be
4266 counted; a pipelined unit should be specified as a single unit.  (The
4267 only common example of a machine that has multiple function units for a
4268 single instruction class that are truly independent and not pipelined
4269 are the two multiply and two increment units of the CDC 6600.)
4270
4271 @var{simultaneity} specifies the maximum number of insns that can be
4272 executing in each instance of the function unit simultaneously or zero
4273 if the unit is pipelined and has no limit.
4274
4275 All @code{define_function_unit} definitions referring to function unit
4276 @var{name} must have the same name and values for @var{multiplicity} and
4277 @var{simultaneity}.
4278
4279 @var{test} is an attribute test that selects the insns we are describing
4280 in this definition.  Note that an insn may use more than one function
4281 unit and a function unit may be specified in more than one
4282 @code{define_function_unit}.
4283
4284 @var{ready-delay} is an integer that specifies the number of cycles
4285 after which the result of the instruction can be used without
4286 introducing any stalls.
4287
4288 @var{issue-delay} is an integer that specifies the number of cycles
4289 after the instruction matching the @var{test} expression begins using
4290 this unit until a subsequent instruction can begin.  A cost of @var{N}
4291 indicates an @var{N-1} cycle delay.  A subsequent instruction may also
4292 be delayed if an earlier instruction has a longer @var{ready-delay}
4293 value.  This blocking effect is computed using the @var{simultaneity},
4294 @var{ready-delay}, @var{issue-delay}, and @var{conflict-list} terms.
4295 For a normal non-pipelined function unit, @var{simultaneity} is one, the
4296 unit is taken to block for the @var{ready-delay} cycles of the executing
4297 insn, and smaller values of @var{issue-delay} are ignored.
4298
4299 @var{conflict-list} is an optional list giving detailed conflict costs
4300 for this unit.  If specified, it is a list of condition test expressions
4301 to be applied to insns chosen to execute in @var{name} following the
4302 particular insn matching @var{test} that is already executing in
4303 @var{name}.  For each insn in the list, @var{issue-delay} specifies the
4304 conflict cost; for insns not in the list, the cost is zero.  If not
4305 specified, @var{conflict-list} defaults to all instructions that use the
4306 function unit.
4307
4308 Typical uses of this vector are where a floating point function unit can
4309 pipeline either single- or double-precision operations, but not both, or
4310 where a memory unit can pipeline loads, but not stores, etc.
4311
4312 As an example, consider a classic RISC machine where the result of a
4313 load instruction is not available for two cycles (a single ``delay''
4314 instruction is required) and where only one load instruction can be executed
4315 simultaneously.  This would be specified as:
4316
4317 @smallexample
4318 (define_function_unit "memory" 1 1 (eq_attr "type" "load") 2 0)
4319 @end smallexample
4320
4321 For the case of a floating point function unit that can pipeline either
4322 single or double precision, but not both, the following could be specified:
4323
4324 @smallexample
4325 (define_function_unit
4326    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "sp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "dp_fp")])
4327 (define_function_unit
4328    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "dp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "sp_fp")])
4329 @end smallexample
4330
4331 @strong{Note:} The scheduler attempts to avoid function unit conflicts
4332 and uses all the specifications in the @code{define_function_unit}
4333 expression.  It has recently come to our attention that these
4334 specifications may not allow modeling of some of the newer
4335 ``superscalar'' processors that have insns using multiple pipelined
4336 units.  These insns will cause a potential conflict for the second unit
4337 used during their execution and there is no way of representing that
4338 conflict.  We welcome any examples of how function unit conflicts work
4339 in such processors and suggestions for their representation.
4340 @end ifset