OSDN Git Service

* gcc.texi (Passes): Fix typo.
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / md.texi
1 @c Copyright (C) 1988, 89, 92, 93, 94, 96, 1998, 2000 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 @end table
424
425 @node Output Template
426 @section Output Templates and Operand Substitution
427 @cindex output templates
428 @cindex operand substitution
429
430 @cindex @samp{%} in template
431 @cindex percent sign
432 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
433 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
434 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
435 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
436 identify places where different variants of the assembler require
437 different syntax.
438
439 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
440 operand @var{n} at that point in the string.
441
442 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
443 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
444 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
445 additional letters with nonstandard meanings.
446
447 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
448 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
449 operand.
450
451 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
452 the constant is negated before printing.
453
454 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
455 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
456 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
457 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
458 as if it were a memory reference.
459
460 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
461 instruction.
462
463 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
464 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
465 referred to more than once in a single template that generates multiple
466 assembler instructions.
467
468 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
469 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
470 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
471 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
472 which punctuation characters are valid with the
473 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
474
475 @cindex \
476 @cindex backslash
477 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
478 for the instructions, with @samp{\;} between them.
479
480 @cindex matching operands
481 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
482 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
483 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
484 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
485 operand.
486
487 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
488 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
489 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
490 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
491 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
492 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
493 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
494 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
495 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
496 it to do nothing.
497
498 @cindex @code{#} in template
499 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
500 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
501 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
502 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
503 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
504 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
505 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
506 instructions.
507
508 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
509 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
510 describe multiple variants of assembler language syntax.
511 @xref{Instruction Output}.
512
513 @node Output Statement
514 @section C Statements for Assembler Output
515 @cindex output statements
516 @cindex C statements for assembler output
517 @cindex generating assembler output
518
519 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
520 assembler code for all the cases that are recognized by a single
521 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
522 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
523 machine instructions.
524
525 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
526 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
527 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
528 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
529 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
530 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
531 might write this pattern:
532
533 @smallexample
534 (define_insn "addsi3"
535   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
536         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
537                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
538   ""
539   "@@
540    addr %2,%0
541    addm %2,%0")
542 @end smallexample
543
544 @cindex @code{*} in template
545 @cindex asterisk in template
546 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
547 output template but rather a piece of C program that should compute a
548 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
549 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
550 require doublequote characters to delimit them.  To include these
551 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
552
553 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
554 is @code{rtx []}.
555
556 It is very common to select different ways of generating assembler code
557 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
558 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
559 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
560 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
561 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
562 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
563 values of those bits.
564
565 @findex output_asm_insn
566 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
567 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
568 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
569 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
570 that you declare locally and initialize yourself.
571
572 @findex which_alternative
573 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
574 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
575 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
576 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
577 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
578 etc.).
579
580 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
581 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
582 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
583
584 @smallexample
585 (define_insn ""
586   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
587         (const_int 0))]
588   ""
589   "*
590   return (which_alternative == 0
591           ? \"clrreg %0\" : \"clrmem %0\");
592   ")
593 @end smallexample
594
595 The example above, where the assembler code to generate was
596 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
597 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
598
599 @smallexample
600 @group
601 (define_insn ""
602   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
603         (const_int 0))]
604   ""
605   "@@
606    clrreg %0
607    clrmem %0")
608 @end group
609 @end smallexample
610 @end ifset
611
612 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
613 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the full
614 @c manual's context are conditionalized to appear only in the full manual.
615 @ifset INTERNALS
616 @node Constraints
617 @section Operand Constraints
618 @cindex operand constraints
619 @cindex constraints
620
621 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify a
622 constraint for the type of operands allowed.
623 @end ifset
624 @ifclear INTERNALS
625 @node Constraints
626 @section Constraints for @code{asm} Operands
627 @cindex operand constraints, @code{asm}
628 @cindex constraints, @code{asm}
629 @cindex @code{asm} constraints
630
631 Here are specific details on what constraint letters you can use with
632 @code{asm} operands.
633 @end ifclear
634 Constraints can say whether
635 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
636 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
637 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
638 have.  Constraints can also require two operands to match.
639
640 @ifset INTERNALS
641 @menu
642 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
643 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
644 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
645 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
646 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
647 @end menu
648 @end ifset
649
650 @ifclear INTERNALS
651 @menu
652 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
653 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
654 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
655 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
656 @end menu
657 @end ifclear
658
659 @node Simple Constraints
660 @subsection Simple Constraints
661 @cindex simple constraints
662
663 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
664 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
665 the letters that are allowed:
666
667 @table @asis
668 @cindex @samp{m} in constraint
669 @cindex memory references in constraints
670 @item @samp{m}
671 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
672 supports in general.
673
674 @cindex offsettable address
675 @cindex @samp{o} in constraint
676 @item @samp{o}
677 A memory operand is allowed, but only if the address is
678 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
679 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
680 may be added to the address and the result is also a valid memory
681 address.
682
683 @cindex autoincrement/decrement addressing
684 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
685 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
686 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
687 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
688 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
689 addresses may or may not be offsettable depending on the other
690 addressing modes that the machine supports.
691
692 Note that in an output operand which can be matched by another
693 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
694 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
695 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
696
697 @cindex @samp{V} in constraint
698 @item @samp{V}
699 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
700 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
701
702 @cindex @samp{<} in constraint
703 @item @samp{<}
704 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
705 postdecrement) is allowed.
706
707 @cindex @samp{>} in constraint
708 @item @samp{>}
709 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
710 postincrement) is allowed.
711
712 @cindex @samp{r} in constraint
713 @cindex registers in constraints
714 @item @samp{r}
715 A register operand is allowed provided that it is in a general
716 register.
717
718 @cindex @samp{d} in constraint
719 @item @samp{d}, @samp{a}, @samp{f}, @dots{}
720 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
721 particular classes of registers.  @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are
722 defined on the 68000/68020 to stand for data, address and floating
723 point registers.
724
725 @cindex constants in constraints
726 @cindex @samp{i} in constraint
727 @item @samp{i}
728 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
729 This includes symbolic constants whose values will be known only at
730 assembly time.
731
732 @cindex @samp{n} in constraint
733 @item @samp{n}
734 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
735 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
736 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
737 rather than @samp{i}.
738
739 @cindex @samp{I} in constraint
740 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
741 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
742 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
743 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
744 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
745 This is the range permitted as a shift count in the shift
746 instructions.
747
748 @cindex @samp{E} in constraint
749 @item @samp{E}
750 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
751 allowed, but only if the target floating point format is the same as
752 that of the host machine (on which the compiler is running).
753
754 @cindex @samp{F} in constraint
755 @item @samp{F}
756 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
757 allowed.
758
759 @cindex @samp{G} in constraint
760 @cindex @samp{H} in constraint
761 @item @samp{G}, @samp{H}
762 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
763 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
764
765 @cindex @samp{s} in constraint
766 @item @samp{s}
767 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
768 allowed.
769
770 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
771 value not known at compile time, it certainly must allow any known
772 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
773 better code to be generated.
774
775 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
776 use an immediate operand; but if the immediate value is between -128
777 and 127, better code results from loading the value into a register and
778 using the register.  This is because the load into the register can be
779 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
780 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
781 range -128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
782 constraints.
783
784 @cindex @samp{g} in constraint
785 @item @samp{g}
786 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
787 registers that are not general registers.
788
789 @cindex @samp{X} in constraint
790 @item @samp{X}
791 @ifset INTERNALS
792 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
793 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
794 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
795 require a scratch register.
796 @end ifset
797 @ifclear INTERNALS
798 Any operand whatsoever is allowed.
799 @end ifclear
800
801 @cindex @samp{0} in constraint
802 @cindex digits in constraint
803 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
804 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
805 digit is used together with letters within the same alternative, the
806 digit should come last.
807
808 @cindex matching constraint
809 @cindex constraint, matching
810 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
811 that the assembler has only a single operand that fills two roles
812 @ifset INTERNALS
813 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
814 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
815 @end ifset
816 @ifclear INTERNALS
817 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
818 two input operands and an output operand, but on most CISC
819 @end ifclear
820 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
821 input-output operand:
822
823 @smallexample
824 addl #35,r12
825 @end smallexample
826
827 Matching constraints are used in these circumstances.
828 More precisely, the two operands that match must include one input-only
829 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
830 smaller number than the number of the operand that uses it in the
831 constraint.
832
833 @ifset INTERNALS
834 For operands to match in a particular case usually means that they
835 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
836 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
837 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
838 For proper results in such cases, the output template should always
839 use the output-operand's number when printing the operand.
840 @end ifset
841
842 @cindex load address instruction
843 @cindex push address instruction
844 @cindex address constraints
845 @cindex @samp{p} in constraint
846 @item @samp{p}
847 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
848 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
849
850 @findex address_operand
851 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
852 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
853 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
854 reference for which the address would be valid.
855
856 @cindex extensible constraints
857 @cindex @samp{Q}, in constraint
858 @item @samp{Q}, @samp{R}, @samp{S}, @dots{} @samp{U}
859 Letters in the range @samp{Q} through @samp{U} may be defined in a
860 machine-dependent fashion to stand for arbitrary operand types.
861 @ifset INTERNALS
862 The machine description macro @code{EXTRA_CONSTRAINT} is passed the
863 operand as its first argument and the constraint letter as its
864 second operand.
865
866 A typical use for this would be to distinguish certain types of
867 memory references that affect other insn operands.
868
869 Do not define these constraint letters to accept register references
870 (@code{reg}); the reload pass does not expect this and would not handle
871 it properly.
872 @end ifset
873 @end table
874
875 @ifset INTERNALS
876 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
877 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
878 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
879 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
880 done by copying an operand into a register.
881
882 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
883
884 @smallexample
885 (define_insn ""
886   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
887         (plus:SI (match_dup 0)
888                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
889   ""
890   "@dots{}")
891 @end smallexample
892
893 @noindent
894 which has two operands, one of which must appear in two places, and
895
896 @smallexample
897 (define_insn ""
898   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
899         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
900                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
901   ""
902   "@dots{}")
903 @end smallexample
904
905 @noindent
906 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
907 identical.  If we are considering an insn of the form
908
909 @smallexample
910 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
911   (set (reg:SI 3)
912        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
913   @dots{})
914 @end smallexample
915
916 @noindent
917 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
918 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
919 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns.''
920 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
921 is something wrong with it.''  It would direct the reload pass of the
922 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
923 results might look like this:
924
925 @smallexample
926 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
927   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
928   @dots{})
929
930 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
931   (set (reg:SI 3)
932        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
933   @dots{})
934 @end smallexample
935
936 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
937 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
938 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
939 for each possible combination of operand expressions, have at least one
940 alternative which can handle that combination of operands.)  The
941 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
942 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
943 reloading any possible operand so that it will fit.
944
945 @itemize @bullet
946 @item
947 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
948 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
949
950 For example, an operand whose constraints permit everything except
951 registers is safe provided its predicate rejects registers.
952
953 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
954 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
955 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
956 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
957 more selective.
958
959 @item
960 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
961 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
962 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
963 compiler knows how to copy a register into another register of the
964 proper class in order to make an instruction valid.
965
966 @cindex nonoffsettable memory reference
967 @cindex memory reference, nonoffsettable
968 @item
969 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
970 address into a register.  So if the constraint uses the letter
971 @samp{o}, all memory references are taken care of.
972
973 @item
974 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
975 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
976 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
977 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
978
979 @item
980 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
981 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
982 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
983 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
984 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
985 objects allowed by the constraint.
986 @end itemize
987
988 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
989 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
990 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
991 how to copy a register temporarily into memory.
992
993 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
994 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
995 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
996 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
997 extended.  This predicate for the input operands accepts a
998 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
999 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1000 @code{sign_extend}.
1001 @end ifset
1002
1003 @node Multi-Alternative
1004 @subsection Multiple Alternative Constraints
1005 @cindex multiple alternative constraints
1006
1007 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1008 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1009 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1010 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1011 another.
1012
1013 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1014 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1015 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1016 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1017 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1018 @ifset INTERNALS
1019 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1020
1021 @smallexample
1022 (define_insn "iorsi3"
1023   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1024         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1025                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1026   @dots{})
1027 @end smallexample
1028
1029 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1030 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1031 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1032 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1033 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1034 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1035 @end ifset
1036
1037 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1038 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1039 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1040 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1041 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1042 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1043 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1044
1045 @table @code
1046 @cindex @samp{?} in constraint
1047 @cindex question mark
1048 @item ?
1049 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1050 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1051 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1052 in it.
1053
1054 @cindex @samp{!} in constraint
1055 @cindex exclamation point
1056 @item !
1057 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1058 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1059 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1060 @end table
1061
1062 @ifset INTERNALS
1063 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1064 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1065 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1066 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1067 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1068 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1069 @end ifset
1070
1071 @ifset INTERNALS
1072 @node Class Preferences
1073 @subsection Register Class Preferences
1074 @cindex class preference constraints
1075 @cindex register class preference constraints
1076
1077 @cindex voting between constraint alternatives
1078 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1079 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1080 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1081 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1082 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1083 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1084 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1085 favor of a general register.  The machine description says which registers
1086 are considered general.
1087
1088 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1089 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1090 @end ifset
1091
1092 @node Modifiers
1093 @subsection Constraint Modifier Characters
1094 @cindex modifiers in constraints
1095 @cindex constraint modifier characters
1096
1097 @c prevent bad page break with this line
1098 Here are constraint modifier characters.
1099
1100 @table @samp
1101 @cindex @samp{=} in constraint
1102 @item =
1103 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1104 value is discarded and replaced by output data.
1105
1106 @cindex @samp{+} in constraint
1107 @item +
1108 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1109
1110 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1111 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1112 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1113 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1114 are assumed to be input only.
1115
1116 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1117 first character of the constraint string.
1118
1119 @cindex @samp{&} in constraint
1120 @cindex earlyclobber operand
1121 @item &
1122 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1123 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1124 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1125 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1126 address.
1127
1128 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1129 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1130 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1131 @samp{movdf} insn of the 68000.
1132
1133 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only 
1134 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1135 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1136 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber. 
1137 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM.
1138
1139 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1140
1141 @cindex @samp{%} in constraint
1142 @item %
1143 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1144 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1145 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1146 constraints.
1147 @ifset INTERNALS
1148 This is often used in patterns for addition instructions
1149 that really have only two operands: the result must go in one of the
1150 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1151 instruction is defined:
1152
1153 @smallexample
1154 (define_insn "addhi3"
1155   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1156      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1157               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1158   @dots{})
1159 @end smallexample
1160 @end ifset
1161
1162 @cindex @samp{#} in constraint
1163 @item #
1164 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1165 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1166 register preferences.
1167
1168 @ifset INTERNALS
1169 @cindex @samp{*} in constraint
1170 @item *
1171 Says that the following character should be ignored when choosing
1172 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1173 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1174
1175 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1176 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1177 copying it into an address register.  While either kind of register is
1178 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1179 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1180 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1181 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1182 register preferences.
1183
1184 @smallexample
1185 (define_insn "extendhisi2"
1186   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1187         (sign_extend:SI
1188          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1189   @dots{})
1190 @end smallexample
1191 @end ifset
1192 @end table
1193
1194 @node Machine Constraints
1195 @subsection Constraints for Particular Machines
1196 @cindex machine specific constraints
1197 @cindex constraints, machine specific
1198
1199 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1200 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1201 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1202 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1203 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1204 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1205 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1206 immediate-constant format.
1207
1208 For each machine architecture, the @file{config/@var{machine}.h} file
1209 defines additional constraints.  These constraints are used by the
1210 compiler itself for instruction generation, as well as for @code{asm}
1211 statements; therefore, some of the constraints are not particularly
1212 interesting for @code{asm}.  The constraints are defined through these
1213 macros:
1214
1215 @table @code
1216 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1217 Register class constraints (usually lower case).
1218
1219 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1220 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1221 word size or smaller precision (usually upper case).
1222
1223 @item CONST_DOUBLE_OK_FOR_LETTER_P
1224 Immediate constant constraints, for all floating point constants and for
1225 constants of greater than word size precision (usually upper case).
1226
1227 @item EXTRA_CONSTRAINT
1228 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1229 is only defined for some machines.
1230 @end table
1231
1232 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1233 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1234 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1235 available on some particular machines.
1236
1237 @table @emph
1238 @item ARM family---@file{arm.h}
1239 @table @code
1240 @item f
1241 Floating-point register
1242
1243 @item F
1244 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1245 or 10.0
1246
1247 @item G
1248 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1249 were negated
1250
1251 @item I
1252 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1253 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1254 multiple of 2
1255
1256 @item J
1257 Integer in the range -4095 to 4095
1258
1259 @item K
1260 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1261
1262 @item L
1263 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1264
1265 @item M
1266 Integer in the range 0 to 32
1267
1268 @item Q
1269 A memory reference where the exact address is in a single register
1270 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1271
1272 @item R
1273 An item in the constant pool
1274
1275 @item S
1276 A symbol in the text segment of the current file
1277 @end table
1278
1279 @item AMD 29000 family---@file{a29k.h}
1280 @table @code
1281 @item l
1282 Local register 0
1283
1284 @item b
1285 Byte Pointer (@samp{BP}) register
1286
1287 @item q
1288 @samp{Q} register
1289
1290 @item h
1291 Special purpose register
1292
1293 @item A
1294 First accumulator register
1295
1296 @item a
1297 Other accumulator register
1298
1299 @item f
1300 Floating point register
1301
1302 @item I
1303 Constant greater than 0, less than 0x100
1304
1305 @item J
1306 Constant greater than 0, less than 0x10000
1307
1308 @item K
1309 Constant whose high 24 bits are on (1)
1310
1311 @item L
1312 16 bit constant whose high 8 bits are on (1)
1313
1314 @item M
1315 32 bit constant whose high 16 bits are on (1)
1316
1317 @item N
1318 32 bit negative constant that fits in 8 bits
1319
1320 @item O
1321 The constant 0x80000000 or, on the 29050, any 32 bit constant
1322 whose low 16 bits are 0.
1323
1324 @item P
1325 16 bit negative constant that fits in 8 bits
1326
1327 @item G
1328 @itemx H
1329 A floating point constant (in @code{asm} statements, use the machine
1330 independent @samp{E} or @samp{F} instead)
1331 @end table
1332
1333 @item IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1334 @table @code
1335 @item b
1336 Address base register
1337
1338 @item f
1339 Floating point register
1340
1341 @item h
1342 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1343
1344 @item q
1345 @samp{MQ} register
1346
1347 @item c
1348 @samp{CTR} register
1349
1350 @item l
1351 @samp{LINK} register
1352
1353 @item x
1354 @samp{CR} register (condition register) number 0
1355
1356 @item y
1357 @samp{CR} register (condition register)
1358
1359 @item z
1360 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1361
1362 @item I
1363 Signed 16 bit constant
1364
1365 @item J
1366 Unsigned 16 bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for 
1367 @code{SImode} constants)
1368
1369 @item K
1370 Unsigned 16 bit constant
1371
1372 @item L
1373 Signed 16 bit constant shifted left 16 bits
1374
1375 @item M
1376 Constant larger than 31
1377
1378 @item N
1379 Exact power of 2
1380
1381 @item O
1382 Zero
1383
1384 @item P
1385 Constant whose negation is a signed 16 bit constant
1386
1387 @item G
1388 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1389 instruction per word
1390
1391 @item Q
1392 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1393 for @code{asm} statements)
1394
1395 @item R
1396 AIX TOC entry
1397
1398 @item S
1399 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1400
1401 @item T
1402 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1403
1404 @item U
1405 System V Release 4 small data area reference
1406 @end table
1407
1408 @item Intel 386---@file{i386.h}
1409 @table @code
1410 @item q
1411 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register
1412
1413 @item A
1414 @samp{a}, or @code{d} register (for 64-bit ints)
1415
1416 @item f
1417 Floating point register
1418
1419 @item t
1420 First (top of stack) floating point register
1421
1422 @item u
1423 Second floating point register
1424
1425 @item a
1426 @samp{a} register
1427
1428 @item b
1429 @samp{b} register
1430
1431 @item c
1432 @samp{c} register
1433
1434 @item d
1435 @samp{d} register
1436
1437 @item D
1438 @samp{di} register
1439
1440 @item S
1441 @samp{si} register
1442
1443 @item I
1444 Constant in range 0 to 31 (for 32 bit shifts)
1445
1446 @item J
1447 Constant in range 0 to 63 (for 64 bit shifts)
1448
1449 @item K
1450 @samp{0xff}
1451
1452 @item L
1453 @samp{0xffff}
1454
1455 @item M
1456 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1457
1458 @item N
1459 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1460
1461 @item G
1462 Standard 80387 floating point constant
1463 @end table
1464
1465 @item Intel 960---@file{i960.h}
1466 @table @code
1467 @item f
1468 Floating point register (@code{fp0} to @code{fp3})
1469
1470 @item l
1471 Local register (@code{r0} to @code{r15})
1472
1473 @item b
1474 Global register (@code{g0} to @code{g15})
1475
1476 @item d
1477 Any local or global register
1478
1479 @item I
1480 Integers from 0 to 31
1481
1482 @item J
1483 0
1484
1485 @item K
1486 Integers from -31 to 0
1487
1488 @item G
1489 Floating point 0
1490
1491 @item H
1492 Floating point 1
1493 @end table
1494
1495 @item MIPS---@file{mips.h}
1496 @table @code
1497 @item d
1498 General-purpose integer register
1499
1500 @item f
1501 Floating-point register (if available)
1502
1503 @item h
1504 @samp{Hi} register
1505
1506 @item l
1507 @samp{Lo} register
1508
1509 @item x
1510 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
1511
1512 @item y
1513 General-purpose integer register
1514
1515 @item z
1516 Floating-point status register
1517
1518 @item I
1519 Signed 16 bit constant (for arithmetic instructions)
1520
1521 @item J
1522 Zero
1523
1524 @item K
1525 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
1526
1527 @item L
1528 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
1529
1530 @item M
1531 32 bit constant which requires two instructions to load (a constant
1532 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
1533
1534 @item N
1535 Negative 16 bit constant
1536
1537 @item O
1538 Exact power of two
1539
1540 @item P
1541 Positive 16 bit constant
1542
1543 @item G
1544 Floating point zero
1545
1546 @item Q
1547 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
1548 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1549
1550 @item R
1551 Memory reference that can be loaded with one instruction
1552 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1553
1554 @item S
1555 Memory reference in external OSF/rose PIC format
1556 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1557 @end table
1558
1559 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
1560 @table @code
1561 @item a
1562 Address register
1563
1564 @item d
1565 Data register
1566
1567 @item f
1568 68881 floating-point register, if available
1569
1570 @item x
1571 Sun FPA (floating-point) register, if available
1572
1573 @item y
1574 First 16 Sun FPA registers, if available
1575
1576 @item I
1577 Integer in the range 1 to 8
1578
1579 @item J
1580 16 bit signed number
1581
1582 @item K
1583 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
1584
1585 @item L
1586 Integer in the range -8 to -1
1587
1588 @item M
1589 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
1590
1591 @item G
1592 Floating point constant that is not a 68881 constant
1593
1594 @item H
1595 Floating point constant that can be used by Sun FPA
1596 @end table
1597
1598 @need 1000
1599 @item SPARC---@file{sparc.h}
1600 @table @code
1601 @item f
1602 Floating-point register that can hold 32 or 64 bit values.
1603
1604 @item e
1605 Floating-point register that can hold 64 or 128 bit values.
1606
1607 @item I
1608 Signed 13 bit constant
1609
1610 @item J
1611 Zero
1612
1613 @item K
1614 32 bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
1615 loaded with the @code{sethi} instruction)
1616
1617 @item G
1618 Floating-point zero
1619
1620 @item H
1621 Signed 13 bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
1622
1623 @item Q
1624 Floating-point constant whose integral representation can
1625 be moved into an integer register using a single sethi
1626 instruction
1627
1628 @item R
1629 Floating-point constant whose integral representation can
1630 be moved into an integer register using a single mov
1631 instruction
1632
1633 @item S
1634 Floating-point constant whose integral representation can
1635 be moved into an integer register using a high/lo_sum
1636 instruction sequence
1637
1638 @item T
1639 Memory address aligned to an 8-byte boundary
1640
1641 @item U
1642 Even register
1643
1644 @end table
1645
1646 @item TMS320C3x/C4x---@file{c4x.h}
1647 @table @code
1648 @item a
1649 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
1650
1651 @item b
1652 Stack pointer register (sp)
1653
1654 @item c
1655 Standard (32 bit) precision integer register
1656
1657 @item f
1658 Extended (40 bit) precision register (r0-r11)
1659
1660 @item k
1661 Block count register (bk)
1662
1663 @item q
1664 Extended (40 bit) precision low register (r0-r7)
1665
1666 @item t
1667 Extended (40 bit) precision register (r0-r1)
1668
1669 @item u
1670 Extended (40 bit) precision register (r2-r3)
1671
1672 @item v
1673 Repeat count register (rc)
1674
1675 @item x
1676 Index register (ir0-ir1)
1677
1678 @item y
1679 Status (condition code) register (st)
1680
1681 @item z
1682 Data page register (dp)
1683
1684 @item G
1685 Floating-point zero
1686
1687 @item H
1688 Immediate 16 bit floating-point constant
1689
1690 @item I
1691 Signed 16 bit constant
1692
1693 @item J
1694 Signed 8 bit constant
1695
1696 @item K
1697 Signed 5 bit constant
1698
1699 @item L
1700 Unsigned 16 bit constant
1701
1702 @item M
1703 Unsigned 8 bit constant
1704
1705 @item N
1706 Ones complement of unsigned 16 bit constant
1707
1708 @item O
1709 High 16 bit constant (32 bit constant with 16 LSBs zero)
1710
1711 @item Q
1712 Indirect memory reference with signed 8 bit or index register displacement 
1713
1714 @item R
1715 Indirect memory reference with unsigned 5 bit displacement
1716
1717 @item S
1718 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement 
1719
1720 @item T
1721 Direct memory reference
1722
1723 @item U
1724 Symbolic address
1725
1726 @end table
1727 @end table
1728
1729 @ifset INTERNALS
1730 @node Standard Names
1731 @section Standard Pattern Names For Generation
1732 @cindex standard pattern names
1733 @cindex pattern names
1734 @cindex names, pattern
1735
1736 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
1737 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
1738 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
1739 pattern to accomplish a certain task.
1740
1741 @table @asis
1742 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
1743 @item @samp{mov@var{m}}
1744 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lower case.
1745 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
1746 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
1747
1748 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
1749 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
1750 to store the specified value in the part of the register that corresponds
1751 to mode @var{m}.  The effect on the rest of the register is undefined.
1752
1753 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
1754 of these names @emph{must} be defined, because there is no other way
1755 to copy a datum from one place to another.
1756
1757 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
1758 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
1759 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
1760 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
1761 into a register.
1762
1763 @findex force_reg
1764 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
1765 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
1766 registers other than the operands.  For example, if you support the
1767 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
1768 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
1769 function which might generate new pseudo registers.
1770
1771 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
1772 fetching those modes from memory normally requires several insns and
1773 some temporary registers.  Look in @file{spur.md} to see how the
1774 requirement can be satisfied.
1775
1776 @findex change_address
1777 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
1778 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
1779 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
1780 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
1781 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
1782 an address into a valid address and no routine (such as
1783 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
1784 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
1785
1786 @findex reload_in_progress
1787 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
1788 declared if required) can be used to determine whether such special
1789 handling is required.
1790
1791 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
1792 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
1793 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
1794 machines explicit memory references will get optional reloads.
1795
1796 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
1797 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
1798
1799 If there are cases needing
1800 scratch registers after reload, you must define
1801 @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and perhaps also
1802 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
1803 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
1804 them.  @xref{Register Classes}.
1805
1806 @findex no_new_pseudos
1807 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
1808 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
1809 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
1810
1811 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
1812 register to any other hard register provided that
1813 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
1814 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
1815
1816 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
1817 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
1818 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
1819 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
1820 point members.
1821
1822 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
1823 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
1824 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
1825 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
1826 floating point registers, then the constraints of the fixed point
1827 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
1828 reload into a floating point register.
1829
1830 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
1831 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
1832 @item @samp{reload_in@var{m}}
1833 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
1834 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
1835 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
1836 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
1837 macro in @pxref{Register Classes}.
1838
1839 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
1840 @item @samp{movstrict@var{m}}
1841 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
1842 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
1843 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
1844 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
1845
1846 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
1847 @item @samp{load_multiple}
1848 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
1849 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
1850 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
1851 number of consecutive registers.
1852
1853 Define this only if the target machine really has such an instruction;
1854 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
1855 registers from memory is to do them one at a time.
1856
1857 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
1858 registers can be stored into memory, such as particular starting or
1859 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
1860 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
1861 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
1862
1863 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
1864 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
1865 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
1866 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
1867 @file{a29k.md} and @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn
1868 pattern.
1869
1870 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
1871 @item @samp{store_multiple}
1872 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
1873 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
1874 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
1875 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
1876
1877 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
1878 @item @samp{add@var{m}3}
1879 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
1880 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
1881 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
1882
1883 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
1884 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
1885 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
1886 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
1887 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
1888 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
1889 @cindex @code{smin@var{m}3} instruction pattern
1890 @cindex @code{smax@var{m}3} instruction pattern
1891 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
1892 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
1893 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
1894 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
1895 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
1896 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
1897 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}, @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
1898 @itemx @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}, @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
1899 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
1900 Similar, for other arithmetic operations.
1901
1902 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
1903 @item @samp{mulhisi3}
1904 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
1905 a @code{SImode} product in operand 0.
1906
1907 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
1908 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
1909 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
1910 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
1911
1912 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
1913 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
1914 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
1915 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
1916 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
1917 multiplication.
1918
1919 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
1920 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
1921 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
1922 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
1923 The least significant half of the product is discarded.
1924
1925 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
1926 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
1927 Similar, but the multiplication is unsigned.
1928
1929 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
1930 @item @samp{divmod@var{m}4}
1931 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
1932 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
1933 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
1934
1935 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
1936 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
1937 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
1938 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
1939 and remainder are computed.
1940
1941 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
1942 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
1943 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
1944 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
1945 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
1946
1947 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
1948 @item @samp{udivmod@var{m}4}
1949 Similar, but does unsigned division.
1950
1951 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
1952 @item @samp{ashl@var{m}3}
1953 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
1954 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
1955 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
1956 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
1957 mode before generating the instruction.
1958
1959 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
1960 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
1961 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
1962 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
1963 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
1964 Other shift and rotate instructions, analogous to the
1965 @code{ashl@var{m}3} instructions.
1966
1967 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
1968 @item @samp{neg@var{m}2}
1969 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
1970
1971 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
1972 @item @samp{abs@var{m}2}
1973 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
1974
1975 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
1976 @item @samp{sqrt@var{m}2}
1977 Store the square root of operand 1 into operand 0.
1978
1979 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
1980 corresponds to the C data type @code{double}.
1981
1982 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
1983 @item @samp{ffs@var{m}2}
1984 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
1985 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
1986 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
1987 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
1988 generating the instruction.
1989
1990 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
1991 corresponds to the C data type @code{int}.
1992
1993 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
1994 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
1995 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
1996
1997 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
1998 @item @samp{cmp@var{m}}
1999 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
2000 The RTL pattern should look like this:
2001
2002 @smallexample
2003 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2004                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
2005 @end smallexample
2006
2007 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
2008 @item @samp{tst@var{m}}
2009 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
2010 The RTL pattern should look like this:
2011
2012 @smallexample
2013 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
2014 @end smallexample
2015
2016 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
2017 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
2018 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
2019 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
2020
2021 @cindex @code{movstr@var{m}} instruction pattern
2022 @item @samp{movstr@var{m}}
2023 Block move instruction.  The addresses of the destination and source
2024 strings are the first two operands, and both are in mode @code{Pmode}.
2025
2026 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
2027 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
2028 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
2029 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
2030 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
2031 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
2032 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
2033
2034 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
2035 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
2036 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
2037 it may provide the value 4 for this operand.
2038
2039 Descriptions of multiple @code{movstr@var{m}} patterns can only be
2040 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
2041 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
2042 in @code{movstr@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
2043 individually moved data units in the block.
2044
2045 These patterns need not give special consideration to the possibility
2046 that the source and destination strings might overlap.
2047
2048 @cindex @code{clrstr@var{m}} instruction pattern
2049 @item @samp{clrstr@var{m}}
2050 Block clear instruction.  The addresses of the destination string is the
2051 first operand, in mode @code{Pmode}.  The number of bytes to clear is
2052 the second operand, in mode @var{m}.  See @samp{movstr@var{m}} for
2053 a discussion of the choice of mode.
2054
2055 The third operand is the known alignment of the destination, in the form
2056 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
2057 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
2058 operand.
2059
2060 The use for multiple @code{clrstr@var{m}} is as for @code{movstr@var{m}}.
2061
2062 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
2063 @item @samp{cmpstr@var{m}}
2064 Block compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
2065 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
2066 of @samp{movstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
2067 byte by byte in lexicographic order.  The effect of the instruction is
2068 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
2069 comparison.
2070
2071 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
2072 @item @samp{strlen@var{m}}
2073 Compute the length of a string, with three operands.
2074 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
2075 a @code{mem} referring to the first character of the string,
2076 operand 2 is the character to search for (normally zero),
2077 and operand 3 is a constant describing the known alignment
2078 of the beginning of the string.
2079
2080 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
2081 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
2082 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
2083 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2084 @var{n}).
2085
2086 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
2087 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
2088 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
2089 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2090 @var{n}).
2091
2092 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
2093 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
2094 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2095 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
2096 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
2097 the value of operand 1 is an integer.
2098
2099 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
2100 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
2101 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2102 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
2103 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
2104 value of operand 1 is an integer.
2105
2106 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
2107 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
2108 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
2109 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
2110 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
2111
2112 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2113 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
2114 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
2115 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2116
2117 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2118 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
2119 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
2120 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2121
2122 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
2123 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
2124 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2125 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2126 point or both floating point.
2127
2128 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
2129 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
2130 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2131 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2132 point or both floating point.
2133
2134 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
2135 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
2136 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2137 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2138 point.
2139
2140 @cindex @code{extv} instruction pattern
2141 @item @samp{extv}
2142 Extract a bit field from operand 1 (a register or memory operand), where
2143 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
2144 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
2145 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
2146 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
2147 be valid for @code{word_mode}.
2148
2149 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2150 for operands 2 and 3.
2151
2152 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
2153 before it is stored in operand 0.
2154
2155 @cindex @code{extzv} instruction pattern
2156 @item @samp{extzv}
2157 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
2158
2159 @cindex @code{insv} instruction pattern
2160 @item @samp{insv}
2161 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a bit
2162 field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
2163 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
2164 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
2165 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
2166
2167 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2168 for operands 1 and 2.
2169
2170 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
2171 @item @samp{mov@var{mode}cc}
2172 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
2173 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
2174 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
2175
2176 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
2177 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
2178 conditionally move an integer value based on the floating point condition
2179 codes and vice versa.
2180
2181 If the machine does not have conditional move instructions, do not
2182 define these patterns.
2183
2184 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
2185 @item @samp{s@var{cond}}
2186 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
2187 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
2188 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
2189 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
2190
2191 You specify the mode that the operand must have when you write the
2192 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
2193 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
2194
2195 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
2196 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
2197 you should omit it from the machine description.  You describe to the
2198 compiler exactly which value is stored by defining the macro
2199 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
2200 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
2201 should omit those operations from the machine description.
2202
2203 These operations may fail, but should do so only in relatively
2204 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
2205 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
2206
2207 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
2208 that copies the constant one to the target and branches around an
2209 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
2210 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
2211 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
2212 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
2213 the machine description.
2214
2215 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
2216 @item @samp{b@var{cond}}
2217 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
2218 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
2219 condition @var{cond}.
2220
2221 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
2222 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
2223 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
2224 simply store the operands away and generate all the required insns in a
2225 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
2226 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
2227 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
2228 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
2229
2230 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
2231 where the mode used for the comparison depends on the condition being
2232 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
2233
2234 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
2235 @samp{s@var{cond}} patterns.
2236
2237 @cindex @code{call} instruction pattern
2238 @item @samp{call}
2239 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
2240 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
2241 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
2242 operands.
2243
2244 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
2245 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
2246 to put this information into the assembler code; they can put it in
2247 the RTL instead of operand 1.
2248
2249 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
2250 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
2251 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
2252 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
2253 instruction, the pattern for this operation should be a
2254 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
2255 address into a register and uses that register in the call instruction.
2256
2257 @cindex @code{call_value} instruction pattern
2258 @item @samp{call_value}
2259 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
2260 register in which the value is returned.  There are three more
2261 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
2262 instruction (but with numbers increased by one).
2263
2264 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
2265 insn.
2266
2267 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
2268 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
2269 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
2270 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
2271 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is non-zero.  They should emit a @code{parallel}
2272 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
2273 adjustment made to the frame pointer.
2274
2275 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be non-zero, the use of these
2276 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
2277 can be eliminated, if desired.
2278
2279 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
2280 @item @samp{untyped_call}
2281 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
2282 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
2283 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
2284 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2285 the saving of a function return value into the result block.
2286
2287 This instruction pattern should be defined to support
2288 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
2289 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
2290 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
2291 multiple registers that can hold a return value (i.e.
2292 @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
2293
2294 @cindex @code{return} instruction pattern
2295 @item @samp{return}
2296 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
2297 defined only if a single instruction can do all the work of returning
2298 from a function.
2299
2300 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
2301 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
2302 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
2303 some class of functions only requires one instruction to implement a
2304 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
2305 to save any registers or allocate stack space.
2306
2307 @findex reload_completed
2308 @findex leaf_function_p
2309 For such machines, the condition specified in this pattern should only
2310 be true when @code{reload_completed} is non-zero and the function's
2311 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
2312 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
2313 a register window push is required.
2314
2315 Machines that have conditional return instructions should define patterns
2316 such as
2317
2318 @smallexample
2319 (define_insn ""
2320   [(set (pc)
2321         (if_then_else (match_operator
2322                          0 "comparison_operator"
2323                          [(cc0) (const_int 0)])
2324                       (return)
2325                       (pc)))]
2326   "@var{condition}"
2327   "@dots{}")
2328 @end smallexample
2329
2330 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
2331 named @samp{return} pattern.
2332
2333 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
2334 @item @samp{untyped_return}
2335 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
2336 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
2337 instructions are needed to return a value of any type.
2338
2339 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
2340 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
2341 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2342 the restoring of a function return value from the result block.
2343
2344 @cindex @code{nop} instruction pattern
2345 @item @samp{nop}
2346 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
2347 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
2348 RTL pattern.
2349
2350 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
2351 @item @samp{indirect_jump}
2352 An instruction to jump to an address which is operand zero.
2353 This pattern name is mandatory on all machines.
2354
2355 @cindex @code{casesi} instruction pattern
2356 @item @samp{casesi}
2357 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
2358 This instruction takes five operands:
2359
2360 @enumerate
2361 @item
2362 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
2363
2364 @item
2365 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
2366
2367 @item
2368 The total range of indices in the table---the largest index
2369 minus the smallest one (both inclusive).
2370
2371 @item
2372 A label that precedes the table itself.
2373
2374 @item
2375 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
2376 (If the machine-description macro @code{CASE_DROPS_THROUGH} is defined,
2377 then an out-of-bounds index drops through to the code following
2378 the jump table instead of jumping to this label.  In that case,
2379 this label is not actually used by the @samp{casesi} instruction,
2380 but it is always provided as an operand.)
2381 @end enumerate
2382
2383 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
2384 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
2385 difference between the upper bound and the lower bound.
2386
2387 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
2388 @item @samp{tablejump}
2389 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
2390 capability which can be used to implement a dispatch table when there
2391 is no @samp{casesi} pattern.
2392
2393 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
2394 which should immediately precede the jump table.  If the macro
2395 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
2396 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
2397 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
2398 mode @code{Pmode}.
2399
2400 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
2401 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
2402 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
2403 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
2404
2405 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
2406 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
2407 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
2408 into operand 0.
2409
2410 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
2411 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
2412 and also has mode @code{Pmode}.
2413
2414 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
2415 the address of the function which would be called if the function
2416 pointer were used in an indirect call.
2417
2418 Only define this pattern if function pointers on the target machine
2419 can have different values but still call the same function when
2420 used in an indirect call.
2421
2422 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
2423 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
2424 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
2425 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
2426 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
2427 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
2428 @item @samp{save_stack_block}
2429 @itemx @samp{save_stack_function}
2430 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
2431 @itemx @samp{restore_stack_block}
2432 @itemx @samp{restore_stack_function}
2433 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
2434 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
2435 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
2436 such machines.
2437
2438 Some machines require special handling for stack pointer saves and
2439 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
2440 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
2441 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
2442 saves and restores are:
2443
2444 @enumerate
2445 @item
2446 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
2447 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
2448 restores the stack pointer when the block is exited.
2449
2450 @item
2451 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
2452 similar job for the outermost block of a function and are used when the
2453 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
2454 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
2455 restore sequence on some machines.
2456
2457 @item
2458 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
2459 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
2460 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
2461 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
2462 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
2463 and restoring additional data such as register window information or
2464 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
2465 such required data.
2466 @end enumerate
2467
2468 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
2469 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
2470 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
2471 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
2472 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
2473 for a particular type of save (either because no save is needed or
2474 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
2475 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
2476 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
2477 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
2478
2479 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
2480 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
2481 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
2482
2483 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
2484 @item @samp{allocate_stack}
2485 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
2486 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
2487
2488 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
2489 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
2490 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
2491 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
2492 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
2493 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
2494 stack is free.
2495
2496 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
2497 Some machines require other operations such as stack probes or
2498 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
2499 operations in addition to updating the stack pointer.
2500
2501 @cindex @code{probe} instruction pattern
2502 @item @samp{probe}
2503 Some machines require instructions to be executed after space is
2504 allocated from the stack, for example to generate a reference at
2505 the bottom of the stack.
2506
2507 If you need to emit instructions before the stack has been adjusted,
2508 put them into the @samp{allocate_stack} pattern.  Otherwise, define
2509 this pattern to emit the required instructions.
2510
2511 No operands are provided.
2512
2513 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
2514 @item @samp{check_stack}
2515 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
2516 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
2517 to perform the needed check and signaling an error if the stack
2518 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
2519 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
2520 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
2521 limit from a global or thread-specific variable or register.
2522
2523 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
2524 @item @samp{nonlocal_goto}
2525 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
2526 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
2527 each representing a value to be used in the jump.  The first
2528 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
2529 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
2530 the third is the address of a location where the stack is saved,
2531 and the last is the address of the label, to be placed in the
2532 location for the incoming static chain.
2533
2534 On most machines you need not define this pattern, since GNU CC will
2535 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
2536 and static chain, restore the stack (using the
2537 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
2538 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
2539 not work on your machine.
2540
2541 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
2542 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
2543 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
2544 nonlocal goto after the code already generated by GNU CC.  You will not
2545 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
2546 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
2547 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
2548 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
2549 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
2550 There are no arguments.
2551
2552 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
2553 @item @samp{exception_receiver}
2554 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
2555 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
2556 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
2557 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
2558 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
2559 an exception.  There are no arguments.
2560
2561 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
2562 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
2563 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
2564 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
2565 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
2566 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
2567 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
2568 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
2569 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
2570 the first three are normally used by the generic mechanism.
2571
2572 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
2573 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
2574 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
2575 builtin setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
2576 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
2577 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
2578 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
2579 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
2580 at a small offset from that label.
2581
2582 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
2583 @item @samp{builtin_longjmp}
2584 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
2585 You will not normally need to define this pattern unless you also define
2586 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
2587 @code{jmp_buf}.
2588
2589 @cindex @code{eh_epilogue} instruction pattern
2590 @item @samp{eh_epilogue}
2591 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
2592 and thence @code{__throw} are built.  It is intended to allow communication
2593 between the exception handling machinery and the normal epilogue code
2594 for the target.
2595
2596 The pattern takes three arguments.  The first is the exception context
2597 pointer.  This will have already been copied to the function return
2598 register appropriate for a pointer; normally this can be ignored.  The
2599 second argument is an offset to be added to the stack pointer.  It will 
2600 have been copied to some arbitrary call-clobbered hard reg so that it
2601 will survive until after reload to when the normal epilogue is generated. 
2602 The final argument is the address of the exception handler to which
2603 the function should return.  This will normally need to copied by the
2604 pattern to some special register.
2605
2606 This pattern must be defined if @code{RETURN_ADDR_RTX} does not yield
2607 something that can be reliably and permanently modified, i.e. a fixed
2608 hard register or a stack memory reference.
2609
2610 @cindex @code{prologue} instruction pattern
2611 @item @samp{prologue}
2612 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
2613 entry is resposible for setting up the stack frame, initializing the frame
2614 pointer register, saving callee saved registers, etc.
2615
2616 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
2617 @code{FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
2618
2619 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
2620 instruction scheduling.
2621
2622 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
2623 @item @samp{epilogue}
2624 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function.  The function
2625 exit is resposible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
2626 registers and emitting the return instruction.
2627
2628 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
2629 @code{FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the prologue.
2630
2631 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
2632 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
2633
2634 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
2635 @item @samp{sibcall_epilogue}
2636 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
2637 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
2638 sibling call (aka tail call) sites.
2639
2640 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
2641 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
2642 function.  
2643
2644 @cindex @code{trap} instruction pattern
2645 @item @samp{trap}
2646 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
2647 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
2648 frontend to signal `invalid array index' exceptions.
2649
2650 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
2651 @item @samp{conditional_trap}
2652 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
2653 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
2654
2655 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
2656
2657 @smallexample
2658 (define_insn "conditional_trap"
2659   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator" 
2660              [(cc0) (const_int 0)])
2661             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
2662   ""
2663   "@dots{}")
2664 @end smallexample
2665
2666 @end table
2667
2668 @node Pattern Ordering
2669 @section When the Order of Patterns Matters
2670 @cindex Pattern Ordering
2671 @cindex Ordering of Patterns
2672
2673 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
2674 pattern that appears first in the machine description is the one used.
2675 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
2676 and faster instructions (those that will produce better code when they
2677 do match) should usually go first in the description.
2678
2679 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
2680 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
2681 instruction for converting a fullword to floating point and another
2682 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
2683 an integer to floating point could match either one.  We put the
2684 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
2685 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
2686 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
2687 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
2688 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
2689 constant value.
2690
2691 @node Dependent Patterns
2692 @section Interdependence of Patterns
2693 @cindex Dependent Patterns
2694 @cindex Interdependence of Patterns
2695
2696 Every machine description must have a named pattern for each of the
2697 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
2698 must always have the form
2699
2700 @example
2701 (set (pc)
2702      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
2703                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
2704                    (pc)))
2705 @end example
2706
2707 @noindent
2708 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
2709 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
2710 look like
2711
2712 @example
2713 (set (pc)
2714      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
2715                    (pc)
2716                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
2717 @end example
2718
2719 @noindent
2720 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
2721 branches into reverse-conditional branches.
2722
2723 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
2724 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
2725 example,
2726
2727 @example
2728 (define_insn ""
2729   [(set (pc)
2730         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
2731                                       [(cc0) (const_int 0)])
2732                       (pc)
2733                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
2734   "@var{condition}"
2735   "@dots{}")
2736 @end example
2737
2738 In some cases machines support instructions identical except for the
2739 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
2740 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
2741 patterns are
2742
2743 @example
2744 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
2745      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
2746
2747 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
2748      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
2749 @end example
2750
2751 @noindent
2752 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
2753 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
2754 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
2755 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
2756 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
2757 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
2758
2759 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
2760 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
2761 compilations.
2762
2763 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
2764 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
2765 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
2766 you should not provide separate patterns for increment and decrement
2767 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
2768 that supports register-register add insns by examining the operands and
2769 generating the appropriate machine instruction.
2770
2771 @node Jump Patterns
2772 @section Defining Jump Instruction Patterns
2773 @cindex jump instruction patterns
2774 @cindex defining jump instruction patterns
2775
2776 For most machines, GNU CC assumes that the machine has a condition code.
2777 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
2778 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
2779 insn tests the condition code and branches or not according its value.
2780 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
2781 common machines, such as the Vax, the 68000 and the 32000, work this
2782 way.
2783
2784 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
2785 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
2786 these machines is to treat them just like the others until the final stage
2787 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
2788 compare instruction, peek ahead at the following branch using
2789 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
2790 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
2791 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
2792 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
2793 can treat signed and unsigned branches identically.
2794
2795 The reason you can do this is that GNU CC always generates a pair of
2796 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
2797 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
2798 until the end.
2799
2800 To go with this technique, you must define the machine-description macro
2801 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
2802 compare instruction is superfluous.
2803
2804 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
2805 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
2806 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
2807 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
2808 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
2809
2810 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
2811 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
2812 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
2813 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
2814 above in addition to any special patterns you define.
2815
2816 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
2817 code and there may not even be a separate condition code register.  On
2818 these machines, the restriction that the definition and use of the
2819 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
2820 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
2821 delay for taken branches unless the condition code register is set three
2822 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
2823 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
2824 separate the definition and use of the condition code register.
2825
2826 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
2827 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
2828 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
2829 comparison result can be placed in any general register, or if there are
2830 multiple condition registers, use a pseudo register.
2831
2832 @findex prev_cc0_setter
2833 @findex next_cc0_user
2834 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
2835 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
2836 Sparc, setting the condition code directly from an add or subtract
2837 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
2838 instruction does, so a different branch instruction must be used for
2839 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
2840 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
2841 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
2842 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
2843 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
2844 and @code{next_cc0_user}.
2845
2846 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
2847 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
2848 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
2849 we use the machine mode of the condition code register to record
2850 different formats of the condition code register.
2851
2852 Registers used to store the condition code value should have a mode that
2853 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
2854 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
2855 the Sparc), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
2856 additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
2857 @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
2858
2859 If it is known during RTL generation that a different mode will be
2860 required (for example, if the machine has separate compare instructions
2861 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
2862 be specified at that time.
2863
2864 If the cases that require different modes would be made by instruction
2865 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
2866 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
2867 written using that mode.  To support the case of the add on the Sparc
2868 discussed above, we have the pattern
2869
2870 @smallexample
2871 (define_insn ""
2872   [(set (reg:CC_NOOV 0)
2873         (compare:CC_NOOV
2874           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
2875                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
2876           (const_int 0)))]
2877   ""
2878   "@dots{}")
2879 @end smallexample
2880
2881 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the Sparc returns @code{CC_NOOVmode}
2882 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
2883
2884 @node Insn Canonicalizations
2885 @section Canonicalization of Instructions
2886 @cindex canonicalization of instructions
2887 @cindex insn canonicalization
2888
2889 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
2890 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
2891 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
2892 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
2893 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
2894 number of insn patterns required.
2895
2896 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
2897 are performed:
2898
2899 @itemize @bullet
2900 @item
2901 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
2902 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
2903 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
2904 be supplied.
2905
2906 @cindex @code{neg}, canonicalization of
2907 @cindex @code{not}, canonicalization of
2908 @cindex @code{mult}, canonicalization of
2909 @cindex @code{plus}, canonicalization of
2910 @cindex @code{minus}, canonicalization of
2911 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
2912 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
2913 first operand.
2914
2915 @cindex @code{compare}, canonicalization of
2916 @item
2917 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
2918 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
2919 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
2920 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
2921 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
2922 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
2923 such an instruction.
2924
2925 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
2926 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
2927 above.
2928
2929 @item
2930 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
2931 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
2932
2933 @item
2934 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
2935 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
2936
2937 @cindex @code{ior}, canonicalization of
2938 @cindex @code{and}, canonicalization of
2939 @cindex De Morgan's law
2940 @item
2941 De`Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
2942 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
2943 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
2944
2945 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
2946 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
2947 for that instruction as
2948
2949 @example
2950 (define_insn ""
2951   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2952         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
2953                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
2954   "@dots{}"
2955   "@dots{}")
2956 @end example
2957
2958 @noindent
2959 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
2960
2961 @example
2962 (define_insn ""
2963   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2964         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
2965                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
2966   "@dots{}"
2967   "@dots{}")
2968 @end example
2969
2970 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
2971 logically equivalent RTL expressions.
2972
2973 @cindex @code{xor}, canonicalization of
2974 @item
2975 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
2976 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
2977 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.@refill
2978
2979 @item
2980 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
2981 the form
2982
2983 @example
2984 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
2985 @end example
2986
2987 @item
2988 On machines that do not use @code{cc0},
2989 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
2990 @var{x}.@refill
2991
2992 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
2993 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
2994 @item
2995 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
2996 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
2997 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
2998
2999 @end itemize
3000
3001 @node Expander Definitions
3002 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
3003 @cindex expander definitions
3004 @cindex code generation RTL sequences
3005 @cindex defining RTL sequences for code generation
3006
3007 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
3008 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
3009 represent them.  For these target machines, you can write a
3010 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL.
3011
3012 @findex define_expand
3013 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
3014 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
3015 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
3016
3017 A @code{define_expand} RTX has four operands:
3018
3019 @itemize @bullet
3020 @item
3021 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
3022 use for it is to refer to it by name.
3023
3024 @item
3025 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
3026 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
3027 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
3028
3029 @item
3030 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
3031 used to express how the availability of this pattern depends on
3032 subclasses of target machine, selected by command-line options when GNU
3033 CC is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
3034 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
3035 depend on the data in the insn being matched, but only the
3036 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
3037 during initialization in order to learn exactly which named instructions
3038 are available in a particular run.
3039
3040 @item
3041 The preparation statements, a string containing zero or more C
3042 statements which are to be executed before RTL code is generated from
3043 the RTL template.
3044
3045 Usually these statements prepare temporary registers for use as
3046 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
3047 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
3048 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
3049 @end itemize
3050
3051 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
3052 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
3053 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
3054 it.
3055
3056 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
3057 also describes the operands that need to be specified when this pattern
3058 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
3059
3060 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
3061 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
3062 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
3063 predicate into the tables that record such things.  GNU CC uses the
3064 information to preload the operand into a register if that is required for
3065 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
3066 references should use @code{match_dup}.
3067
3068 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
3069 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
3070 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
3071 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
3072 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
3073 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
3074 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
3075 compute the values and store them into the appropriate elements of
3076 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
3077
3078 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
3079 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
3080 as a statement.
3081
3082 @table @code
3083
3084 @findex DONE
3085 @item DONE
3086 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
3087 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
3088 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
3089 preparation statements; the RTL template will not be generated.
3090
3091 @findex FAIL
3092 @item FAIL
3093 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
3094 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
3095 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
3096
3097 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
3098 shifting, etc.) and bitfield (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
3099 operations.
3100 @end table
3101
3102 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
3103
3104 @smallexample
3105 @group
3106 (define_expand "ashlsi3"
3107   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3108         (ashift:SI
3109 @end group
3110 @group
3111           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
3112           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
3113   ""
3114   "
3115 @end group
3116 @end smallexample
3117
3118 @smallexample
3119 @group
3120 @{
3121   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
3122       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
3123     FAIL;
3124 @}")
3125 @end group
3126 @end smallexample
3127
3128 @noindent
3129 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
3130 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
3131 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
3132 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
3133 library call).
3134
3135 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
3136 patterns with names, then it would be possible to use a
3137 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
3138 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
3139
3140 @smallexample
3141 (define_expand "zero_extendhisi2"
3142   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
3143         (const_int 0))
3144    (set (strict_low_part
3145           (subreg:HI
3146             (match_dup 0)
3147             0))
3148         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
3149   ""
3150   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
3151 @end smallexample
3152
3153 @noindent
3154 @findex make_safe_from
3155 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
3156 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
3157 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
3158 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
3159 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
3160 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
3161 by emitting another RTL insn.
3162
3163 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
3164 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
3165 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
3166 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
3167 on this machine.  So it must be copied into a register with
3168 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
3169
3170 @smallexample
3171 (define_expand "zero_extendhisi2"
3172   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3173         (and:SI (subreg:SI
3174                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
3175                   0)
3176                 (match_dup 2)))]
3177   ""
3178   "operands[2]
3179      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
3180 @end smallexample
3181
3182 @strong{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
3183 standard binary or unary arithmetic operation or a bitfield operation,
3184 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
3185 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
3186 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
3187 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
3188 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
3189 in the compiler.@refill
3190
3191 @node Insn Splitting
3192 @section Defining How to Split Instructions
3193 @cindex insn splitting
3194 @cindex instruction splitting
3195 @cindex splitting instructions
3196
3197 There are two cases where you should specify how to split a pattern into
3198 multiple insns.  On machines that have instructions requiring delay
3199 slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose output is
3200 not available for multiple cycles (@pxref{Function Units}), the compiler
3201 phases that optimize these cases need to be able to move insns into
3202 one-instruction delay slots.  However, some insns may generate more than one
3203 machine instruction.  These insns cannot be placed into a delay slot.
3204
3205 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
3206 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
3207 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
3208 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
3209 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
3210 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
3211 scheduling.
3212
3213 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
3214 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
3215 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
3216 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
3217 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
3218 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
3219 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
3220 split the addition into two insns is machine-dependent.
3221
3222 @findex define_split
3223 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
3224 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
3225
3226 @smallexample
3227 (define_split
3228   [@var{insn-pattern}]
3229   "@var{condition}"
3230   [@var{new-insn-pattern-1}
3231    @var{new-insn-pattern-2}
3232    @dots{}]
3233   "@var{preparation statements}")
3234 @end smallexample
3235
3236 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
3237 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
3238 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
3239 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
3240 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
3241 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
3242
3243 The @var{preparation statements} are similar to those statements that
3244 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3245 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
3246 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
3247 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
3248 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
3249 must not allocate any space in the stack frame.
3250
3251 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
3252 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
3253 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
3254 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
3255 @code{reload_completed} is non-zero, is known to satisfy the constraints
3256 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
3257 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
3258 @code{reload_completed} is non-zero, must also satisfy the constraints
3259 of those definitions.
3260
3261 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
3262 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
3263 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
3264
3265 @smallexample
3266 (define_split
3267   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
3268         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
3269   ""
3270   [(set (match_dup 0)
3271         (ashift:SI (match_dup 1)
3272                    (const_int 16)))
3273    (set (match_dup 0)
3274         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
3275                      (const_int 16)))]
3276   "
3277 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
3278 @end smallexample
3279
3280 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
3281 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
3282 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
3283 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
3284 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
3285 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
3286 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
3287 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
3288 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
3289 @code{define_split} that will never produce insns that match).
3290
3291 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
3292 @file{rs6000.md}:
3293
3294 @smallexample
3295 (define_split
3296   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
3297         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
3298                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
3299   ""
3300   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
3301    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
3302 "
3303 @{
3304   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
3305   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
3306
3307   if (low & 0x8000)
3308     high++, low |= 0xffff0000;
3309
3310   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
3311   operands[4] = GEN_INT (low);
3312 @}")
3313 @end smallexample
3314
3315 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
3316 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
3317 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
3318 can be substituted into the address of a subsequent operation.
3319
3320 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
3321 an equality comparison of a register and a large constant:
3322
3323 @smallexample
3324 (define_split
3325   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
3326         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
3327                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
3328    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
3329   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
3330    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
3331        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
3332   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
3333    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
3334   "
3335 @{
3336   /* Get the constant we are comparing against, C, and see what it
3337      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
3338      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.  */
3339
3340   int c = INTVAL (operands[2]);
3341   int sextc = (c << 16) >> 16;
3342   int xorv = c ^ sextc;
3343
3344   operands[4] = GEN_INT (xorv);
3345   operands[5] = GEN_INT (sextc);
3346 @}")
3347 @end smallexample
3348
3349 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
3350 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
3351 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
3352 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
3353 are not valid.
3354
3355 @node Peephole Definitions
3356 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
3357 @cindex peephole optimizer definitions
3358 @cindex defining peephole optimizers
3359
3360 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
3361 definitions of machine-specific peephole optimizations.
3362
3363 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
3364 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
3365 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
3366 though the second one does not appear to use a register computed in the
3367 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
3368 opportunities.
3369
3370 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
3371 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
3372 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
3373 is deprecated.
3374
3375 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
3376 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
3377 but before scheduling, which may result in much better code for 
3378 targets that do scheduling.
3379
3380 @menu
3381 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
3382 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
3383 @end menu
3384
3385 @node define_peephole
3386 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
3387 @findex define_peephole
3388
3389 @need 1000
3390 A definition looks like this:
3391
3392 @smallexample
3393 (define_peephole
3394   [@var{insn-pattern-1}
3395    @var{insn-pattern-2}
3396    @dots{}]
3397   "@var{condition}"
3398   "@var{template}"
3399   "@var{optional insn-attributes}")
3400 @end smallexample
3401
3402 @noindent
3403 The last string operand may be omitted if you are not using any
3404 machine-specific information in this machine description.  If present,
3405 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
3406
3407 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
3408 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
3409 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
3410 the next, and so on.@refill
3411
3412 Each of the insns matched by a peephole must also match a
3413 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
3414 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
3415 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
3416 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
3417 stages.
3418
3419 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
3420 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
3421 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
3422 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
3423 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
3424 other.
3425
3426 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
3427 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
3428 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
3429 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
3430 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
3431
3432 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
3433 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
3434 previously tested.
3435
3436 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
3437 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
3438 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
3439 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
3440 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
3441 patterns.
3442
3443 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
3444 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
3445 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
3446 the operands.
3447
3448 @findex prev_active_insn
3449 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
3450 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
3451 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
3452 to refer to the last of the insns being matched; use
3453 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
3454
3455 @findex dead_or_set_p
3456 When optimizing computations with intermediate results, you can use
3457 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
3458 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
3459 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
3460 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
3461 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
3462 value (from @code{operands[@var{i}]}).@refill
3463
3464 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
3465 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
3466 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
3467 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
3468 used in matching the original sequence of insns.
3469
3470 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
3471 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
3472 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
3473 as the insn pattern to control how the insn is output.
3474
3475 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
3476 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
3477
3478 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
3479
3480 @smallexample
3481 (define_peephole
3482   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
3483    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
3484         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
3485   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
3486   "*
3487 @{
3488   rtx xoperands[2];
3489   xoperands[1] = gen_rtx (REG, SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
3490 #ifdef MOTOROLA
3491   output_asm_insn (\"move.l %1,(sp)\", xoperands);
3492   output_asm_insn (\"move.l %1,-(sp)\", operands);
3493   return \"fmove.d (sp)+,%0\";
3494 #else
3495   output_asm_insn (\"movel %1,sp@@\", xoperands);
3496   output_asm_insn (\"movel %1,sp@@-\", operands);
3497   return \"fmoved sp@@+,%0\";
3498 #endif
3499 @}
3500 ")
3501 @end smallexample
3502
3503 @need 1000
3504 The effect of this optimization is to change
3505
3506 @smallexample
3507 @group
3508 jbsr _foobar
3509 addql #4,sp
3510 movel d1,sp@@-
3511 movel d0,sp@@-
3512 fmoved sp@@+,fp0
3513 @end group
3514 @end smallexample
3515
3516 @noindent
3517 into
3518
3519 @smallexample
3520 @group
3521 jbsr _foobar
3522 movel d1,sp@@
3523 movel d0,sp@@-
3524 fmoved sp@@+,fp0
3525 @end group
3526 @end smallexample
3527
3528 @ignore
3529 @findex CC_REVERSED
3530 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
3531 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
3532 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
3533 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
3534 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
3535 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
3536 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
3537 and in this C code check the condition code status flags and change the
3538 assembler code as appropriate.
3539 @end ignore
3540
3541 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
3542 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
3543 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
3544 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
3545 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
3546 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
3547 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
3548 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
3549 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
3550
3551 @smallexample
3552 (define_insn "divmodsi4"
3553   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
3554         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
3555                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
3556    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
3557         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
3558   "TARGET_68020"
3559   "divsl%.l %2,%3:%0")
3560 @end smallexample
3561
3562 @noindent
3563 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
3564
3565 @smallexample
3566 (define_peephole
3567   [@dots{}
3568    (parallel
3569     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
3570           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
3571                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
3572      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
3573           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
3574    @dots{}]
3575   @dots{})
3576 @end smallexample
3577
3578 @node define_peephole2
3579 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
3580 @findex define_peephole2
3581
3582 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
3583 substitute one sequence of instructions for another sequence, 
3584 what additional scratch registers may be needed and what their
3585 lifetimes must be.
3586
3587 @smallexample
3588 (define_peephole2
3589   [@var{insn-pattern-1}
3590    @var{insn-pattern-2}
3591    @dots{}]
3592   "@var{condition}"
3593   [@var{new-insn-pattern-1}
3594    @var{new-insn-pattern-2}
3595    @dots{}]
3596   "@var{preparation statements}")
3597 @end smallexample
3598
3599 The definition is almost identical to @code{define_split}
3600 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
3601 single instruction, but a sequence of instructions.
3602
3603 It is possible to request additional scratch registers for use in the
3604 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
3605 will simply not match.
3606
3607 @findex match_scratch
3608 @findex match_dup
3609 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
3610 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
3611 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
3612 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
3613 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
3614 at which the register must be available.
3615
3616 Here is an example from the IA-32 machine description:
3617
3618 @smallexample
3619 (define_peephole2
3620   [(match_scratch:SI 2 "r")
3621    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3622                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
3623                      [(match_dup 0)
3624                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
3625               (clobber (reg:CC 17))])]
3626   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
3627   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
3628    (parallel [(set (match_dup 0)
3629                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
3630               (clobber (reg:CC 17))])]
3631   "")
3632 @end smallexample
3633
3634 @noindent
3635 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
3636 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
3637 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
3638 to be live only at the point just before the arithmetic.
3639
3640 A real example requring extended scratch lifetimes is harder to come by,
3641 so here's a silly made-up example:
3642
3643 @smallexample
3644 (define_peephole2
3645   [(match_scratch:SI 4 "r")
3646    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
3647    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
3648    (match_dup 4)
3649    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
3650   "@var{determine 1 does not overlap 0 and 2}"
3651   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
3652    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
3653    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
3654    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
3655   "")
3656 @end smallexample
3657
3658 @noindent
3659 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
3660 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
3661 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
3662
3663 @node Insn Attributes
3664 @section Instruction Attributes
3665 @cindex insn attributes
3666 @cindex instruction attributes
3667
3668 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
3669 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
3670 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
3671 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
3672 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
3673 to track the condition codes.
3674
3675 @menu
3676 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
3677 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
3678 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
3679 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
3680 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
3681 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
3682 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
3683 * Function Units::      Specifying information for insn scheduling.
3684 @end menu
3685
3686 @node Defining Attributes
3687 @subsection Defining Attributes and their Values
3688 @cindex defining attributes and their values
3689 @cindex attributes, defining
3690
3691 @findex define_attr
3692 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
3693 by the target machine.  It looks like:
3694
3695 @smallexample
3696 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
3697 @end smallexample
3698
3699 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
3700
3701 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
3702 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
3703 indicate that the attribute takes numeric values.
3704
3705 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
3706 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
3707 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
3708 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
3709 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
3710
3711 @findex insn-attr.h
3712 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
3713 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
3714 specified for an attribute, the following are defined:
3715
3716 @itemize @bullet
3717 @item
3718 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
3719
3720 @item
3721 An enumeral class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
3722 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
3723 the attribute name and value are first converted to upper case.
3724
3725 @item
3726 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
3727 returns the attribute value for that insn.
3728 @end itemize
3729
3730 For example, if the following is present in the @file{md} file:
3731
3732 @smallexample
3733 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
3734 @end smallexample
3735
3736 @noindent
3737 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
3738
3739 @smallexample
3740 #define HAVE_ATTR_type
3741 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
3742                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
3743 extern enum attr_type get_attr_type ();
3744 @end smallexample
3745
3746 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
3747 defined and the function to obtain the attribute's value will return
3748 @code{int}.
3749
3750 @node Expressions
3751 @subsection Attribute Expressions
3752 @cindex attribute expressions
3753
3754 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
3755 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
3756 Attribute value expressions must have one of the following forms:
3757
3758 @table @code
3759 @cindex @code{const_int} and attributes
3760 @item (const_int @var{i})
3761 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
3762 must be non-negative.
3763
3764 The value of a numeric attribute can be specified either with a
3765 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
3766 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
3767 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
3768 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
3769
3770 @cindex @code{const_string} and attributes
3771 @item (const_string @var{value})
3772 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
3773 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
3774 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
3775 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
3776 of a @code{define_attr}.@refill
3777
3778 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
3779 must be a string containing a non-negative integer (normally
3780 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
3781 contain one of the valid values for the attribute.
3782
3783 @cindex @code{if_then_else} and attributes
3784 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
3785 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
3786 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
3787 otherwise it is @var{false-value}.
3788
3789 @cindex @code{cond} and attributes
3790 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
3791 The first operand of this expression is a vector containing an even
3792 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
3793 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
3794 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
3795 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
3796 expression is that of the @var{default} expression.
3797 @end table
3798
3799 @var{test} expressions can have one of the following forms:
3800
3801 @table @code
3802 @cindex @code{const_int} and attribute tests
3803 @item (const_int @var{i})
3804 This test is true if @var{i} is non-zero and false otherwise.
3805
3806 @cindex @code{not} and attributes
3807 @cindex @code{ior} and attributes
3808 @cindex @code{and} and attributes
3809 @item (not @var{test})
3810 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
3811 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
3812 These tests are true if the indicated logical function is true.
3813
3814 @cindex @code{match_operand} and attributes
3815 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
3816 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
3817 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
3818 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
3819 @var{pred} returns a non-zero value when passed operand @var{n} and mode
3820 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
3821 string).
3822
3823 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
3824
3825 @cindex @code{le} and attributes
3826 @cindex @code{leu} and attributes
3827 @cindex @code{lt} and attributes
3828 @cindex @code{gt} and attributes
3829 @cindex @code{gtu} and attributes
3830 @cindex @code{ge} and attributes
3831 @cindex @code{geu} and attributes
3832 @cindex @code{ne} and attributes
3833 @cindex @code{eq} and attributes
3834 @cindex @code{plus} and attributes
3835 @cindex @code{minus} and attributes
3836 @cindex @code{mult} and attributes
3837 @cindex @code{div} and attributes
3838 @cindex @code{mod} and attributes
3839 @cindex @code{abs} and attributes
3840 @cindex @code{neg} and attributes
3841 @cindex @code{ashift} and attributes
3842 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
3843 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
3844 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
3845 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
3846 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
3847 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
3848 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
3849 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
3850 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
3851 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
3852 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
3853 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
3854 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
3855 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
3856 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
3857 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
3858 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.@refill
3859
3860 @findex get_attr
3861 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
3862 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
3863 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
3864 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
3865 variable.@refill
3866
3867 @findex eq_attr
3868 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
3869 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
3870
3871 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
3872 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
3873 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
3874 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
3875 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
3876 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
3877 @emph{not} in the specified list.
3878
3879 For example,
3880
3881 @smallexample
3882 (eq_attr "type" "load,store")
3883 @end smallexample
3884
3885 @noindent
3886 is equivalent to
3887
3888 @smallexample
3889 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
3890 @end smallexample
3891
3892 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
3893 value of the compiler variable @code{which_alternative}
3894 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
3895 example,@refill
3896
3897 @smallexample
3898 (eq_attr "alternative" "2,3")
3899 @end smallexample
3900
3901 @noindent
3902 is equivalent to
3903
3904 @smallexample
3905 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
3906      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
3907 @end smallexample
3908
3909 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
3910 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
3911 a particular pattern.  This is by far the most common case.@refill
3912
3913 @findex attr_flag
3914 @item (attr_flag @var{name})
3915 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
3916 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
3917 scheduled.
3918
3919 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
3920 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
3921 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
3922 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
3923 if a conditional branch is expected to be taken.
3924
3925 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
3926 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
3927
3928 This example describes a conditional branch delay slot which
3929 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
3930 for backward branches which are not taken (annul-false).
3931
3932 @smallexample
3933 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
3934   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
3935    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
3936         (attr_flag "forward"))
3937    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
3938         (attr_flag "backward"))])
3939 @end smallexample
3940
3941 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
3942 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
3943
3944 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
3945 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
3946 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
3947 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
3948
3949 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
3950 meaning to other passes of the compiler.
3951
3952 @findex attr
3953 @item (attr @var{name})
3954 The value of another attribute is returned.  This is most useful
3955 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
3956 produce more efficient code for non-numeric attributes.
3957 @end table
3958
3959 @node Tagging Insns
3960 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
3961 @cindex tagging insns
3962 @cindex assigning attribute values to insns
3963
3964 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
3965 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
3966 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
3967 have an optional last argument to specify the values of attributes for
3968 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
3969 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
3970 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
3971 permits the specification of the values for only one or two attributes
3972 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
3973 next section.@refill
3974
3975 The optional last argument of @code{define_insn} and
3976 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
3977 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
3978 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
3979 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
3980 second operand of the @code{set} is an attribute expression
3981 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.@refill
3982
3983 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
3984 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
3985 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
3986 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
3987 each alternative.
3988
3989 @findex set_attr
3990 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
3991 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
3992 specifying a string giving either a single attribute value or a list
3993 of attribute values, one for each alternative.
3994
3995 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
3996 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
3997
3998 @table @code
3999 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
4000 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
4001 or a string containing a comma-separated list giving the values for
4002 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
4003 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
4004
4005 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
4006 which case the attribute will assume its default value for insns matching
4007 that alternative.
4008
4009 @findex set_attr_alternative
4010 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
4011 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
4012 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
4013 tests on the @samp{alternative} attribute.
4014
4015 @findex attr
4016 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
4017 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
4018 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
4019 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
4020 @end table
4021
4022 The following shows three different ways of representing the same
4023 attribute value specification:
4024
4025 @smallexample
4026 (set_attr "type" "load,store,arith")
4027
4028 (set_attr_alternative "type"
4029                       [(const_string "load") (const_string "store")
4030                        (const_string "arith")])
4031
4032 (set (attr "type")
4033      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
4034             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
4035            (const_string "arith")))
4036 @end smallexample
4037
4038 @need 1000
4039 @findex define_asm_attributes
4040 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
4041 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
4042 statement.  It has the form:
4043
4044 @smallexample
4045 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
4046 @end smallexample
4047
4048 @noindent
4049 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
4050 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
4051
4052 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
4053 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
4054
4055 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
4056 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
4057 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
4058 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
4059 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
4060 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
4061 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
4062 of a single machine instruction.
4063
4064 @node Attr Example
4065 @subsection Example of Attribute Specifications
4066 @cindex attribute specifications example
4067 @cindex attribute specifications
4068
4069 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
4070 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
4071 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
4072 value.  This attribute is normally used only to define the default value
4073 for other attributes.  An example will clarify this usage.
4074
4075 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
4076 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
4077 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
4078 operations, floating point operations, and branches.
4079
4080 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
4081 the condition code and will limit ourselves to the following possible
4082 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
4083 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
4084 changed if the item previously set into the condition code has been
4085 modified.
4086
4087 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
4088
4089 @smallexample
4090 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
4091
4092 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
4093              (cond [(eq_attr "type" "load")
4094                         (const_string "change0")
4095                     (eq_attr "type" "store,branch")
4096                         (const_string "unchanged")
4097                     (eq_attr "type" "arith")
4098                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
4099                                       (const_string "set")
4100                                       (const_string "clobber"))]
4101                    (const_string "clobber")))
4102
4103 (define_insn ""
4104   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
4105         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
4106   ""
4107   "@@
4108    move %0,%1
4109    load %0,%1
4110    store %0,%1"
4111   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
4112 @end smallexample
4113
4114 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
4115 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
4116 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
4117 full-word result.
4118
4119 @node Insn Lengths
4120 @subsection Computing the Length of an Insn
4121 @cindex insn lengths, computing
4122 @cindex computing the length of an insn
4123
4124 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
4125 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
4126 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
4127 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @samp{length}
4128 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
4129 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
4130
4131 In the case of the @samp{length} attribute, two additional forms of
4132 arithmetic terms are allowed in test expressions:
4133
4134 @table @code
4135 @cindex @code{match_dup} and attributes
4136 @item (match_dup @var{n})
4137 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
4138 must be a @code{label_ref}.
4139
4140 @cindex @code{pc} and attributes
4141 @item (pc)
4142 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
4143 been more consistent with other usage to make this the address of the
4144 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
4145 current insn is to be computed.
4146 @end table
4147
4148 @cindex @code{addr_vec}, length of
4149 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
4150 For normal insns, the length will be determined by value of the
4151 @samp{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
4152 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
4153 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
4154
4155 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
4156
4157 The following macros can be used to refine the length computation:
4158
4159 @table @code
4160 @findex FIRST_INSN_ADDRESS
4161 @item FIRST_INSN_ADDRESS
4162 When the @code{length} insn attribute is used, this macro specifies the
4163 value to be assigned to the address of the first insn in a function.  If
4164 not specified, 0 is used.
4165
4166 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
4167 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
4168 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
4169 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
4170 that contains the initially computed length of the insn and should be
4171 updated with the correct length of the insn.
4172
4173 This macro will normally not be required.  A case in which it is
4174 required is the ROMP.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
4175 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
4176 may be required.
4177 @end table
4178
4179 @findex get_attr_length
4180 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
4181 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
4182 determine the form of the branch instruction to be written, as the
4183 example below illustrates.
4184
4185 As an example of the specification of variable-length branches, consider
4186 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
4187 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
4188 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
4189 sequence to load the address from memory and then branch to it.
4190
4191 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
4192 as follows:
4193
4194 @smallexample
4195 (define_insn "jump"
4196   [(set (pc)
4197         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
4198   ""
4199   "*
4200 @{
4201    return (get_attr_length (insn) == 4
4202            ? \"b %l0\" : \"l r15,=a(%l0); br r15\");
4203 @}"
4204   [(set (attr "length") (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
4205                                       (const_int 4)
4206                                       (const_int 6)))])
4207 @end smallexample
4208
4209 @node Constant Attributes
4210 @subsection Constant Attributes
4211 @cindex constant attributes
4212
4213 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
4214 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
4215 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
4216 used to specify which variety of processor is used.  For example,
4217
4218 @smallexample
4219 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
4220  (const
4221   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
4222          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
4223         (const_string "m88000"))))
4224
4225 (define_attr "memory" "fast,slow"
4226  (const
4227   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
4228                 (const_string "fast")
4229                 (const_string "slow"))))
4230 @end smallexample
4231
4232 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
4233 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
4234 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
4235 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
4236 forms involving insn attributes.
4237
4238 @node Delay Slots
4239 @subsection Delay Slot Scheduling
4240 @cindex delay slots, defining
4241
4242 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
4243 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
4244 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
4245 after the instruction are executed as if they were located before it.
4246 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
4247 the following instruction before the branch or call is performed.
4248
4249 On some machines, conditional branch instructions can optionally
4250 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
4251 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
4252 instructions that annul if the branch is true and instructions that
4253 annul if the branch is false are supported.
4254
4255 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
4256 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
4257 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
4258 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
4259 instruction scheduling.
4260
4261 @findex define_delay
4262 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
4263 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
4264
4265 @smallexample
4266 (define_delay @var{test}
4267               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
4268                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
4269                @dots{}])
4270 @end smallexample
4271
4272 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
4273 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
4274 required delay slots is determined by the length of the vector specified
4275 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
4276 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
4277 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
4278 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
4279 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
4280 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.@refill
4281
4282 For example, in the common case where branch and call insns require
4283 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
4284 call, the following would be placed in the @file{md} file:
4285
4286 @smallexample
4287 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
4288               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
4289 @end smallexample
4290
4291 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
4292 case, each such expression specifies different delay slot requirements
4293 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
4294 expressions are both true.
4295
4296 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
4297 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
4298 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
4299 branch is true, we might represent this as follows:
4300
4301 @smallexample
4302 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
4303    [(eq_attr "type" "!branch,call")
4304     (eq_attr "type" "!branch,call")
4305     (nil)])
4306
4307 (define_delay (eq_attr "type" "call")
4308               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
4309                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
4310 @end smallexample
4311 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
4312
4313 @node Function Units
4314 @subsection Specifying Function Units
4315 @cindex function units, for scheduling
4316
4317 On most RISC machines, there are instructions whose results are not
4318 available for a specific number of cycles.  Common cases are instructions
4319 that load data from memory.  On many machines, a pipeline stall will result
4320 if the data is referenced too soon after the load instruction.
4321
4322 In addition, many newer microprocessors have multiple function units, usually
4323 one for integer and one for floating point, and often will incur pipeline
4324 stalls when a result that is needed is not yet ready.
4325
4326 The descriptions in this section allow the specification of how much
4327 time must elapse between the execution of an instruction and the time
4328 when its result is used.  It also allows specification of when the
4329 execution of an instruction will delay execution of similar instructions
4330 due to function unit conflicts.
4331
4332 For the purposes of the specifications in this section, a machine is
4333 divided into @dfn{function units}, each of which execute a specific
4334 class of instructions in first-in-first-out order.  Function units that
4335 accept one instruction each cycle and allow a result to be used in the
4336 succeeding instruction (usually via forwarding) need not be specified.
4337 Classic RISC microprocessors will normally have a single function unit,
4338 which we can call @samp{memory}.  The newer ``superscalar'' processors
4339 will often have function units for floating point operations, usually at
4340 least a floating point adder and multiplier.
4341
4342 @findex define_function_unit
4343 Each usage of a function units by a class of insns is specified with a
4344 @code{define_function_unit} expression, which looks like this:
4345
4346 @smallexample
4347 (define_function_unit @var{name} @var{multiplicity} @var{simultaneity}
4348                       @var{test} @var{ready-delay} @var{issue-delay}
4349                      [@var{conflict-list}])
4350 @end smallexample
4351
4352 @var{name} is a string giving the name of the function unit.
4353
4354 @var{multiplicity} is an integer specifying the number of identical
4355 units in the processor.  If more than one unit is specified, they will
4356 be scheduled independently.  Only truly independent units should be
4357 counted; a pipelined unit should be specified as a single unit.  (The
4358 only common example of a machine that has multiple function units for a
4359 single instruction class that are truly independent and not pipelined
4360 are the two multiply and two increment units of the CDC 6600.)
4361
4362 @var{simultaneity} specifies the maximum number of insns that can be
4363 executing in each instance of the function unit simultaneously or zero
4364 if the unit is pipelined and has no limit.
4365
4366 All @code{define_function_unit} definitions referring to function unit
4367 @var{name} must have the same name and values for @var{multiplicity} and
4368 @var{simultaneity}.
4369
4370 @var{test} is an attribute test that selects the insns we are describing
4371 in this definition.  Note that an insn may use more than one function
4372 unit and a function unit may be specified in more than one
4373 @code{define_function_unit}.
4374
4375 @var{ready-delay} is an integer that specifies the number of cycles
4376 after which the result of the instruction can be used without
4377 introducing any stalls.
4378
4379 @var{issue-delay} is an integer that specifies the number of cycles
4380 after the instruction matching the @var{test} expression begins using
4381 this unit until a subsequent instruction can begin.  A cost of @var{N}
4382 indicates an @var{N-1} cycle delay.  A subsequent instruction may also
4383 be delayed if an earlier instruction has a longer @var{ready-delay}
4384 value.  This blocking effect is computed using the @var{simultaneity},
4385 @var{ready-delay}, @var{issue-delay}, and @var{conflict-list} terms.
4386 For a normal non-pipelined function unit, @var{simultaneity} is one, the
4387 unit is taken to block for the @var{ready-delay} cycles of the executing
4388 insn, and smaller values of @var{issue-delay} are ignored.
4389
4390 @var{conflict-list} is an optional list giving detailed conflict costs
4391 for this unit.  If specified, it is a list of condition test expressions
4392 to be applied to insns chosen to execute in @var{name} following the
4393 particular insn matching @var{test} that is already executing in
4394 @var{name}.  For each insn in the list, @var{issue-delay} specifies the
4395 conflict cost; for insns not in the list, the cost is zero.  If not
4396 specified, @var{conflict-list} defaults to all instructions that use the
4397 function unit.
4398
4399 Typical uses of this vector are where a floating point function unit can
4400 pipeline either single- or double-precision operations, but not both, or
4401 where a memory unit can pipeline loads, but not stores, etc.
4402
4403 As an example, consider a classic RISC machine where the result of a
4404 load instruction is not available for two cycles (a single ``delay''
4405 instruction is required) and where only one load instruction can be executed
4406 simultaneously.  This would be specified as:
4407
4408 @smallexample
4409 (define_function_unit "memory" 1 1 (eq_attr "type" "load") 2 0)
4410 @end smallexample
4411
4412 For the case of a floating point function unit that can pipeline either
4413 single or double precision, but not both, the following could be specified:
4414
4415 @smallexample
4416 (define_function_unit
4417    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "sp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "dp_fp")])
4418 (define_function_unit
4419    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "dp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "sp_fp")])
4420 @end smallexample
4421
4422 @strong{Note:} The scheduler attempts to avoid function unit conflicts
4423 and uses all the specifications in the @code{define_function_unit}
4424 expression.  It has recently come to our attention that these
4425 specifications may not allow modeling of some of the newer
4426 ``superscalar'' processors that have insns using multiple pipelined
4427 units.  These insns will cause a potential conflict for the second unit
4428 used during their execution and there is no way of representing that
4429 conflict.  We welcome any examples of how function unit conflicts work
4430 in such processors and suggestions for their representation.
4431 @end ifset