OSDN Git Service

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