Import a stripped down version of gcc-4.1.1
[dragonfly.git] / contrib / gcc-4.1 / gcc / doc / md.texi
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1996, 1998, 1999, 2000, 2001,
2 @c 2002, 2003, 2004, 2005 Free Software Foundation, Inc.
3 @c This is part of the GCC manual.
4 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
5
6 @ifset INTERNALS
7 @node Machine Desc
8 @chapter Machine Descriptions
9 @cindex machine descriptions
10
11 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
12 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
13
14 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
15 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
16 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
17 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
18 is inside a quoted string.
19
20 See the next chapter for information on the C header file.
21
22 @menu
23 * Overview::            How the machine description is used.
24 * Patterns::            How to write instruction patterns.
25 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
26 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
27 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
28                           from such an insn.
29 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
30                           the assembler code.
31 * Predicates::          Controlling what kinds of operands can be used
32                           for an insn.
33 * Constraints::         Fine-tuning operand selection.
34 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
35 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
36 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
37 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
38 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
39 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
40 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
41                           for a standard operation.
42 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
43 * Including Patterns::      Including Patterns in Machine Descriptions.
44 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
45 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
46 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
47                            predication.
48 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
49                         md file.
50 * Macros::              Using macros to generate patterns from a template.
51 @end menu
52
53 @node Overview
54 @section Overview of How the Machine Description is Used
55
56 There are three main conversions that happen in the compiler:
57
58 @enumerate
59
60 @item
61 The front end reads the source code and builds a parse tree.
62
63 @item
64 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
65 instruction patterns.
66
67 @item
68 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
69 code.
70
71 @end enumerate
72
73 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
74 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
75 choose the pattern with the right name and apply the operands according
76 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
77 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
78 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
79 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
80 named pattern it needs, it will abort.
81
82 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
83 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
84 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
85 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
86 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
87 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
88 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
89 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
90
91 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
92 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
93 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
94 example.
95
96 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
97 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
98 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
99 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
100
101 @node Patterns
102 @section Everything about Instruction Patterns
103 @cindex patterns
104 @cindex instruction patterns
105
106 @findex define_insn
107 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
108 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
109 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
110 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
111
112 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
113
114 @enumerate
115 @item
116 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
117 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
118 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
119 the instruction patterns with those names, if the names are defined
120 in the machine description.
121
122 The absence of a name is indicated by writing an empty string
123 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
124 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
125 to be combined later on.
126
127 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
128 effect; they are equivalent to no name at all.
129
130 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
131 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
132 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
133 to having a nameless pattern for all other purposes.
134
135 @item
136 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
137 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
138 incomplete because it may contain @code{match_operand},
139 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
140 operands of the instruction.
141
142 If the vector has only one element, that element is the template for the
143 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
144 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
145 elements described.
146
147 @item
148 @cindex pattern conditions
149 @cindex conditions, in patterns
150 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
151 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
152
153 @cindex named patterns and conditions
154 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
155 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
156 flags.  The compiler needs to test these conditions during
157 initialization in order to learn exactly which named instructions are
158 available in a particular run.
159
160 @findex operands
161 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
162 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
163 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
164 @code{operands}.  For an insn where the condition has once matched, it
165 can't be used to control register allocation, for example by excluding
166 certain hard registers or hard register combinations.
167
168 @item
169 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
170 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
171 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
172
173 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
174 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
175
176 @item
177 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
178 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
179 @end enumerate
180
181 @node Example
182 @section Example of @code{define_insn}
183 @cindex @code{define_insn} example
184
185 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
186
187 @smallexample
188 (define_insn "tstsi"
189   [(set (cc0)
190         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
191   ""
192   "*
193 @{
194   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
195     return \"tstl %0\";
196   return \"cmpl #0,%0\";
197 @}")
198 @end smallexample
199
200 @noindent
201 This can also be written using braced strings:
202
203 @smallexample
204 (define_insn "tstsi"
205   [(set (cc0)
206         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
207   ""
208 @{
209   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
210     return "tstl %0";
211   return "cmpl #0,%0";
212 @})
213 @end smallexample
214
215 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
216 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
217 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
218 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
219 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
220 can be constructed using this pattern.
221
222 The output control string is a piece of C code which chooses which
223 output template to return based on the kind of operand and the specific
224 type of CPU for which code is being generated.
225
226 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
227
228 @node RTL Template
229 @section RTL Template
230 @cindex RTL insn template
231 @cindex generating insns
232 @cindex insns, generating
233 @cindex recognizing insns
234 @cindex insns, recognizing
235
236 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
237 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
238 says how to construct an insn from specified operands.
239
240 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
241 template.  Matching involves determining the values that serve as the
242 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
243 controlled by special expression types that direct matching and
244 substitution of the operands.
245
246 @table @code
247 @findex match_operand
248 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
249 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
250 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
251 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
252 appears at this position in the insn will be taken as operand
253 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
254 pattern will not match at all.
255
256 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
257 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
258 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
259 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
260 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
261 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
262 other operand numbers.
263
264 @var{predicate} is a string that is the name of a function that
265 accepts two arguments, an expression and a machine mode.
266 @xref{Predicates}.  During matching, the function will be called with
267 the putative operand as the expression and @var{m} as the mode
268 argument (if @var{m} is not specified, @code{VOIDmode} will be used,
269 which normally causes @var{predicate} to accept any mode).  If it
270 returns zero, this instruction pattern fails to match.
271 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be
272 done on the operand, so anything which occurs in this position is
273 valid.
274
275 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
276 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
277 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
278 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
279 @code{VOIDmode}.
280
281 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
282 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
283 If the constraint would be an empty string, it can be omitted.
284
285 People are often unclear on the difference between the constraint and the
286 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
287 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
288 controls various decisions in the case of an insn which does match.
289
290 @findex match_scratch
291 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
292 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
293 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
294 expression.
295
296 When matching patterns, this is equivalent to
297
298 @smallexample
299 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
300 @end smallexample
301
302 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
303 expression.
304
305 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
306 expressions whose operands are either a hard register or
307 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
308 necessary.  @xref{Side Effects}.
309
310 @findex match_dup
311 @item (match_dup @var{n})
312 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
313 It is used when the operand needs to appear more than once in the
314 insn.
315
316 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
317 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
318 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
319 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
320 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
321 identical-looking expression.
322
323 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
324 a particular register is being used for two operands (example:
325 @code{add} that adds one register to another; the second register is
326 both an input operand and the output operand).  Use a matching
327 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
328 operand is used in two places in the template, such as an instruction
329 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
330 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
331 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
332
333 @findex match_operator
334 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
335 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
336 code.
337
338 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
339 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
340 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
341
342 When matching an expression, it matches an expression if the function
343 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
344 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
345
346 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
347 follows, to match any expression whose operator is one of the
348 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
349
350 @smallexample
351 int
352 commutative_integer_operator (x, mode)
353      rtx x;
354      enum machine_mode mode;
355 @{
356   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
357   if (GET_MODE (x) != mode)
358     return 0;
359   return (GET_RTX_CLASS (code) == RTX_COMM_ARITH
360           || code == EQ || code == NE);
361 @}
362 @end smallexample
363
364 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
365 of a commutative operator applied to two general operands:
366
367 @smallexample
368 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
369   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
370    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
371 @end smallexample
372
373 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
374 because the expressions to be matched all contain two operands.
375
376 When this pattern does match, the two operands of the commutative
377 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
378 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
379 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
380 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
381
382 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
383 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
384 predicate function, and that function is solely responsible for
385 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
386
387 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
388 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
389 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
390 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
391 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
392 only its expression code matters.
393
394 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
395 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
396 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
397 register allocation because the register allocator often looks at
398 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
399
400 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
401 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
402 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
403 However, if parts of its @var{operands} are matched by
404 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
405 their own.
406
407 @findex match_op_dup
408 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
409 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
410 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
411 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
412 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
413 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
414 recognition template, and it matches only an identical-looking
415 expression.
416
417 @findex match_parallel
418 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
419 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
420 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
421 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
422
423 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
424 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
425 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
426 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
427 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
428 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
429 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
430 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
431 those listed in the @code{match_parallel}.
432
433 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
434 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
435 in a @code{parallel}.  For example,
436
437 @smallexample
438 (define_insn ""
439   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
440      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
441            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
442       (use (reg:SI 179))
443       (clobber (reg:SI 179))])]
444   ""
445   "loadm 0,0,%1,%2")
446 @end smallexample
447
448 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
449 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
450 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
451 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
452 registers and memory locations.
453
454 An insn that matches this pattern might look like:
455
456 @smallexample
457 (parallel
458  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
459   (use (reg:SI 179))
460   (clobber (reg:SI 179))
461   (set (reg:SI 21)
462        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
463                         (const_int 4))))
464   (set (reg:SI 22)
465        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
466                         (const_int 8))))])
467 @end smallexample
468
469 @findex match_par_dup
470 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
471 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
472 @code{match_operator}.
473
474 @end table
475
476 @node Output Template
477 @section Output Templates and Operand Substitution
478 @cindex output templates
479 @cindex operand substitution
480
481 @cindex @samp{%} in template
482 @cindex percent sign
483 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
484 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
485 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
486 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
487 identify places where different variants of the assembler require
488 different syntax.
489
490 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
491 operand @var{n} at that point in the string.
492
493 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
494 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
495 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
496 additional letters with nonstandard meanings.
497
498 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
499 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
500 operand.
501
502 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
503 the constant is negated before printing.
504
505 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
506 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
507 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
508 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
509 as if it were a memory reference.
510
511 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
512 instruction.
513
514 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
515 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
516 referred to more than once in a single template that generates multiple
517 assembler instructions.
518
519 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
520 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
521 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
522 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
523 which punctuation characters are valid with the
524 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
525
526 @cindex \
527 @cindex backslash
528 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
529 for the instructions, with @samp{\;} between them.
530
531 @cindex matching operands
532 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
533 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
534 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
535 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
536 operand.
537
538 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
539 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
540 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
541 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
542 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
543 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
544 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
545 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
546 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
547 it to do nothing.
548
549 @cindex @code{#} in template
550 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
551 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
552 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
553 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
554 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
555 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
556 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
557 instructions.
558
559 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
560 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
561 describe multiple variants of assembler language syntax.
562 @xref{Instruction Output}.
563
564 @node Output Statement
565 @section C Statements for Assembler Output
566 @cindex output statements
567 @cindex C statements for assembler output
568 @cindex generating assembler output
569
570 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
571 assembler code for all the cases that are recognized by a single
572 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
573 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
574 machine instructions.
575
576 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
577 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
578 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
579 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
580 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
581 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
582 might write this pattern:
583
584 @smallexample
585 (define_insn "addsi3"
586   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
587         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
588                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
589   ""
590   "@@
591    addr %2,%0
592    addm %2,%0")
593 @end smallexample
594
595 @cindex @code{*} in template
596 @cindex asterisk in template
597 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
598 output template but rather a piece of C program that should compute a
599 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
600 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
601 require doublequote characters to delimit them.  To include these
602 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
603
604 If the output control string is written as a brace block instead of a
605 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
606 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
607 doublequotes surrounding C string literals.
608
609 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
610 is @code{rtx []}.
611
612 It is very common to select different ways of generating assembler code
613 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
614 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
615 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
616 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
617 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
618 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
619 values of those bits.
620
621 @findex output_asm_insn
622 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
623 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
624 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
625 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
626 that you declare locally and initialize yourself.
627
628 @findex which_alternative
629 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
630 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
631 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
632 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
633 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
634 etc.).
635
636 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
637 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
638 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
639
640 @smallexample
641 (define_insn ""
642   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
643         (const_int 0))]
644   ""
645   @{
646   return (which_alternative == 0
647           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
648   @})
649 @end smallexample
650
651 The example above, where the assembler code to generate was
652 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
653 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
654
655 @smallexample
656 @group
657 (define_insn ""
658   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
659         (const_int 0))]
660   ""
661   "@@
662    clrreg %0
663    clrmem %0")
664 @end group
665 @end smallexample
666
667 @node Predicates
668 @section Predicates
669 @cindex predicates
670 @cindex operand predicates
671 @cindex operator predicates
672
673 A predicate determines whether a @code{match_operand} or
674 @code{match_operator} expression matches, and therefore whether the
675 surrounding instruction pattern will be used for that combination of
676 operands.  GCC has a number of machine-independent predicates, and you
677 can define machine-specific predicates as needed.  By convention,
678 predicates used with @code{match_operand} have names that end in
679 @samp{_operand}, and those used with @code{match_operator} have names
680 that end in @samp{_operator}.
681
682 All predicates are Boolean functions (in the mathematical sense) of
683 two arguments: the RTL expression that is being considered at that
684 position in the instruction pattern, and the machine mode that the
685 @code{match_operand} or @code{match_operator} specifies.  In this
686 section, the first argument is called @var{op} and the second argument
687 @var{mode}.  Predicates can be called from C as ordinary two-argument
688 functions; this can be useful in output templates or other
689 machine-specific code.
690
691 Operand predicates can allow operands that are not actually acceptable
692 to the hardware, as long as the constraints give reload the ability to
693 fix them up (@pxref{Constraints}).  However, GCC will usually generate
694 better code if the predicates specify the requirements of the machine
695 instructions as closely as possible.  Reload cannot fix up operands
696 that must be constants (``immediate operands''); you must use a
697 predicate that allows only constants, or else enforce the requirement
698 in the extra condition.
699
700 @cindex predicates and machine modes
701 @cindex normal predicates
702 @cindex special predicates
703 Most predicates handle their @var{mode} argument in a uniform manner.
704 If @var{mode} is @code{VOIDmode} (unspecified), then @var{op} can have
705 any mode.  If @var{mode} is anything else, then @var{op} must have the
706 same mode, unless @var{op} is a @code{CONST_INT} or integer
707 @code{CONST_DOUBLE}.  These RTL expressions always have
708 @code{VOIDmode}, so it would be counterproductive to check that their
709 mode matches.  Instead, predicates that accept @code{CONST_INT} and/or
710 integer @code{CONST_DOUBLE} check that the value stored in the
711 constant will fit in the requested mode.
712
713 Predicates with this behavior are called @dfn{normal}.
714 @command{genrecog} can optimize the instruction recognizer based on
715 knowledge of how normal predicates treat modes.  It can also diagnose
716 certain kinds of common errors in the use of normal predicates; for
717 instance, it is almost always an error to use a normal predicate
718 without specifying a mode.
719
720 Predicates that do something different with their @var{mode} argument
721 are called @dfn{special}.  The generic predicates
722 @code{address_operand} and @code{pmode_register_operand} are special
723 predicates.  @command{genrecog} does not do any optimizations or
724 diagnosis when special predicates are used.
725
726 @menu
727 * Machine-Independent Predicates::  Predicates available to all back ends.
728 * Defining Predicates::             How to write machine-specific predicate
729                                     functions.
730 @end menu
731
732 @node Machine-Independent Predicates
733 @subsection Machine-Independent Predicates
734 @cindex machine-independent predicates
735 @cindex generic predicates
736
737 These are the generic predicates available to all back ends.  They are
738 defined in @file{recog.c}.  The first category of predicates allow
739 only constant, or @dfn{immediate}, operands.
740
741 @defun immediate_operand
742 This predicate allows any sort of constant that fits in @var{mode}.
743 It is an appropriate choice for instructions that take operands that
744 must be constant.
745 @end defun
746
747 @defun const_int_operand
748 This predicate allows any @code{CONST_INT} expression that fits in
749 @var{mode}.  It is an appropriate choice for an immediate operand that
750 does not allow a symbol or label.
751 @end defun
752
753 @defun const_double_operand
754 This predicate accepts any @code{CONST_DOUBLE} expression that has
755 exactly @var{mode}.  If @var{mode} is @code{VOIDmode}, it will also
756 accept @code{CONST_INT}.  It is intended for immediate floating point
757 constants.
758 @end defun
759
760 @noindent
761 The second category of predicates allow only some kind of machine
762 register.
763
764 @defun register_operand
765 This predicate allows any @code{REG} or @code{SUBREG} expression that
766 is valid for @var{mode}.  It is often suitable for arithmetic
767 instruction operands on a RISC machine.
768 @end defun
769
770 @defun pmode_register_operand
771 This is a slight variant on @code{register_operand} which works around
772 a limitation in the machine-description reader.
773
774 @smallexample
775 (match_operand @var{n} "pmode_register_operand" @var{constraint})
776 @end smallexample
777
778 @noindent
779 means exactly what
780
781 @smallexample
782 (match_operand:P @var{n} "register_operand" @var{constraint})
783 @end smallexample
784
785 @noindent
786 would mean, if the machine-description reader accepted @samp{:P}
787 mode suffixes.  Unfortunately, it cannot, because @code{Pmode} is an
788 alias for some other mode, and might vary with machine-specific
789 options.  @xref{Misc}.
790 @end defun
791
792 @defun scratch_operand
793 This predicate allows hard registers and @code{SCRATCH} expressions,
794 but not pseudo-registers.  It is used internally by @code{match_scratch};
795 it should not be used directly.
796 @end defun
797
798 @noindent
799 The third category of predicates allow only some kind of memory reference.
800
801 @defun memory_operand
802 This predicate allows any valid reference to a quantity of mode
803 @var{mode} in memory, as determined by the weak form of
804 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS} (@pxref{Addressing Modes}).
805 @end defun
806
807 @defun address_operand
808 This predicate is a little unusual; it allows any operand that is a
809 valid expression for the @emph{address} of a quantity of mode
810 @var{mode}, again determined by the weak form of
811 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS}.  To first order, if
812 @samp{@w{(mem:@var{mode} (@var{exp}))}} is acceptable to
813 @code{memory_operand}, then @var{exp} is acceptable to
814 @code{address_operand}.  Note that @var{exp} does not necessarily have
815 the mode @var{mode}.
816 @end defun
817
818 @defun indirect_operand
819 This is a stricter form of @code{memory_operand} which allows only
820 memory references with a @code{general_operand} as the address
821 expression.  New uses of this predicate are discouraged, because
822 @code{general_operand} is very permissive, so it's hard to tell what
823 an @code{indirect_operand} does or does not allow.  If a target has
824 different requirements for memory operands for different instructions,
825 it is better to define target-specific predicates which enforce the
826 hardware's requirements explicitly.
827 @end defun
828
829 @defun push_operand
830 This predicate allows a memory reference suitable for pushing a value
831 onto the stack.  This will be a @code{MEM} which refers to
832 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address expression
833 (@pxref{Incdec}); which one is determined by the
834 @code{STACK_PUSH_CODE} macro (@pxref{Frame Layout}).
835 @end defun
836
837 @defun pop_operand
838 This predicate allows a memory reference suitable for popping a value
839 off the stack.  Again, this will be a @code{MEM} referring to
840 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address
841 expression.  However, this time @code{STACK_POP_CODE} is expected.
842 @end defun
843
844 @noindent
845 The fourth category of predicates allow some combination of the above
846 operands.
847
848 @defun nonmemory_operand
849 This predicate allows any immediate or register operand valid for @var{mode}.
850 @end defun
851
852 @defun nonimmediate_operand
853 This predicate allows any register or memory operand valid for @var{mode}.
854 @end defun
855
856 @defun general_operand
857 This predicate allows any immediate, register, or memory operand
858 valid for @var{mode}.
859 @end defun
860
861 @noindent
862 Finally, there is one generic operator predicate.
863
864 @defun comparison_operator
865 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
866 comparison in @var{mode}; that is, @code{COMPARISON_P} is true for the
867 expression code.
868 @end defun
869
870 @node Defining Predicates
871 @subsection Defining Machine-Specific Predicates
872 @cindex defining predicates
873 @findex define_predicate
874 @findex define_special_predicate
875
876 Many machines have requirements for their operands that cannot be
877 expressed precisely using the generic predicates.  You can define
878 additional predicates using @code{define_predicate} and
879 @code{define_special_predicate} expressions.  These expressions have
880 three operands:
881
882 @itemize @bullet
883 @item
884 The name of the predicate, as it will be referred to in
885 @code{match_operand} or @code{match_operator} expressions.
886
887 @item
888 An RTL expression which evaluates to true if the predicate allows the
889 operand @var{op}, false if it does not.  This expression can only use
890 the following RTL codes:
891
892 @table @code
893 @item MATCH_OPERAND
894 When written inside a predicate expression, a @code{MATCH_OPERAND}
895 expression evaluates to true if the predicate it names would allow
896 @var{op}.  The operand number and constraint are ignored.  Due to
897 limitations in @command{genrecog}, you can only refer to generic
898 predicates and predicates that have already been defined.
899
900 @item MATCH_CODE
901 This expression has one operand, a string constant containing a
902 comma-separated list of RTX code names (in lower case).  It evaluates
903 to true if @var{op} has any of the listed codes.
904
905 @item MATCH_TEST
906 This expression has one operand, a string constant containing a C
907 expression.  The predicate's arguments, @var{op} and @var{mode}, are
908 available with those names in the C expression.  The @code{MATCH_TEST}
909 evaluates to true if the C expression evaluates to a nonzero value.
910 @code{MATCH_TEST} expressions must not have side effects.
911
912 @item  AND
913 @itemx IOR
914 @itemx NOT
915 @itemx IF_THEN_ELSE
916 The basic @samp{MATCH_} expressions can be combined using these
917 logical operators, which have the semantics of the C operators
918 @samp{&&}, @samp{||}, @samp{!}, and @samp{@w{? :}} respectively.
919 @end table
920
921 @item
922 An optional block of C code, which should execute
923 @samp{@w{return true}} if the predicate is found to match and
924 @samp{@w{return false}} if it does not.  It must not have any side
925 effects.  The predicate arguments, @var{op} and @var{mode}, are
926 available with those names.
927
928 If a code block is present in a predicate definition, then the RTL
929 expression must evaluate to true @emph{and} the code block must
930 execute @samp{@w{return true}} for the predicate to allow the operand.
931 The RTL expression is evaluated first; do not re-check anything in the
932 code block that was checked in the RTL expression.
933 @end itemize
934
935 The program @command{genrecog} scans @code{define_predicate} and
936 @code{define_special_predicate} expressions to determine which RTX
937 codes are possibly allowed.  You should always make this explicit in
938 the RTL predicate expression, using @code{MATCH_OPERAND} and
939 @code{MATCH_CODE}.
940
941 Here is an example of a simple predicate definition, from the IA64
942 machine description:
943
944 @smallexample
945 @group
946 ;; @r{True if @var{op} is a @code{SYMBOL_REF} which refers to the sdata section.}
947 (define_predicate "small_addr_symbolic_operand"
948   (and (match_code "symbol_ref")
949        (match_test "SYMBOL_REF_SMALL_ADDR_P (op)")))
950 @end group
951 @end smallexample
952
953 @noindent
954 And here is another, showing the use of the C block.
955
956 @smallexample
957 @group
958 ;; @r{True if @var{op} is a register operand that is (or could be) a GR reg.}
959 (define_predicate "gr_register_operand"
960   (match_operand 0 "register_operand")
961 @{
962   unsigned int regno;
963   if (GET_CODE (op) == SUBREG)
964     op = SUBREG_REG (op);
965
966   regno = REGNO (op);
967   return (regno >= FIRST_PSEUDO_REGISTER || GENERAL_REGNO_P (regno));
968 @})
969 @end group
970 @end smallexample
971
972 Predicates written with @code{define_predicate} automatically include
973 a test that @var{mode} is @code{VOIDmode}, or @var{op} has the same
974 mode as @var{mode}, or @var{op} is a @code{CONST_INT} or
975 @code{CONST_DOUBLE}.  They do @emph{not} check specifically for
976 integer @code{CONST_DOUBLE}, nor do they test that the value of either
977 kind of constant fits in the requested mode.  This is because
978 target-specific predicates that take constants usually have to do more
979 stringent value checks anyway.  If you need the exact same treatment
980 of @code{CONST_INT} or @code{CONST_DOUBLE} that the generic predicates
981 provide, use a @code{MATCH_OPERAND} subexpression to call
982 @code{const_int_operand}, @code{const_double_operand}, or
983 @code{immediate_operand}.
984
985 Predicates written with @code{define_special_predicate} do not get any
986 automatic mode checks, and are treated as having special mode handling
987 by @command{genrecog}.
988
989 The program @command{genpreds} is responsible for generating code to
990 test predicates.  It also writes a header file containing function
991 declarations for all machine-specific predicates.  It is not necessary
992 to declare these predicates in @file{@var{cpu}-protos.h}.
993 @end ifset
994
995 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
996 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
997 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
998 @ifset INTERNALS
999 @node Constraints
1000 @section Operand Constraints
1001 @cindex operand constraints
1002 @cindex constraints
1003
1004 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify
1005 constraints for the operands allowed.  The constraints allow you to
1006 fine-tune matching within the set of operands allowed by the
1007 predicate.
1008
1009 @end ifset
1010 @ifclear INTERNALS
1011 @node Constraints
1012 @section Constraints for @code{asm} Operands
1013 @cindex operand constraints, @code{asm}
1014 @cindex constraints, @code{asm}
1015 @cindex @code{asm} constraints
1016
1017 Here are specific details on what constraint letters you can use with
1018 @code{asm} operands.
1019 @end ifclear
1020 Constraints can say whether
1021 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
1022 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
1023 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
1024 have.  Constraints can also require two operands to match.
1025
1026 @ifset INTERNALS
1027 @menu
1028 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1029 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1030 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
1031 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1032 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
1033 @end menu
1034 @end ifset
1035
1036 @ifclear INTERNALS
1037 @menu
1038 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1039 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1040 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1041 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1042 @end menu
1043 @end ifclear
1044
1045 @node Simple Constraints
1046 @subsection Simple Constraints
1047 @cindex simple constraints
1048
1049 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1050 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1051 the letters that are allowed:
1052
1053 @table @asis
1054 @item whitespace
1055 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1056 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1057 be visually aligned in the machine description even if they have different
1058 number of constraints and modifiers.
1059
1060 @cindex @samp{m} in constraint
1061 @cindex memory references in constraints
1062 @item @samp{m}
1063 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1064 supports in general.
1065
1066 @cindex offsettable address
1067 @cindex @samp{o} in constraint
1068 @item @samp{o}
1069 A memory operand is allowed, but only if the address is
1070 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1071 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1072 may be added to the address and the result is also a valid memory
1073 address.
1074
1075 @cindex autoincrement/decrement addressing
1076 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1077 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1078 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1079 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1080 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1081 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1082 addressing modes that the machine supports.
1083
1084 Note that in an output operand which can be matched by another
1085 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1086 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1087 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1088
1089 @cindex @samp{V} in constraint
1090 @item @samp{V}
1091 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1092 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1093
1094 @cindex @samp{<} in constraint
1095 @item @samp{<}
1096 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1097 postdecrement) is allowed.
1098
1099 @cindex @samp{>} in constraint
1100 @item @samp{>}
1101 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1102 postincrement) is allowed.
1103
1104 @cindex @samp{r} in constraint
1105 @cindex registers in constraints
1106 @item @samp{r}
1107 A register operand is allowed provided that it is in a general
1108 register.
1109
1110 @cindex constants in constraints
1111 @cindex @samp{i} in constraint
1112 @item @samp{i}
1113 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1114 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1115 assembly time or later.
1116
1117 @cindex @samp{n} in constraint
1118 @item @samp{n}
1119 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1120 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1121 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1122 rather than @samp{i}.
1123
1124 @cindex @samp{I} in constraint
1125 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1126 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1127 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1128 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1129 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1130 This is the range permitted as a shift count in the shift
1131 instructions.
1132
1133 @cindex @samp{E} in constraint
1134 @item @samp{E}
1135 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1136 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1137 that of the host machine (on which the compiler is running).
1138
1139 @cindex @samp{F} in constraint
1140 @item @samp{F}
1141 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1142 @code{const_vector}) is allowed.
1143
1144 @cindex @samp{G} in constraint
1145 @cindex @samp{H} in constraint
1146 @item @samp{G}, @samp{H}
1147 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1148 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1149
1150 @cindex @samp{s} in constraint
1151 @item @samp{s}
1152 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1153 allowed.
1154
1155 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1156 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1157 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1158 better code to be generated.
1159
1160 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1161 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1162 and 127, better code results from loading the value into a register and
1163 using the register.  This is because the load into the register can be
1164 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1165 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1166 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1167 constraints.
1168
1169 @cindex @samp{g} in constraint
1170 @item @samp{g}
1171 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1172 registers that are not general registers.
1173
1174 @cindex @samp{X} in constraint
1175 @item @samp{X}
1176 @ifset INTERNALS
1177 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1178 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1179 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1180 require a scratch register.
1181 @end ifset
1182 @ifclear INTERNALS
1183 Any operand whatsoever is allowed.
1184 @end ifclear
1185
1186 @cindex @samp{0} in constraint
1187 @cindex digits in constraint
1188 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1189 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1190 digit is used together with letters within the same alternative, the
1191 digit should come last.
1192
1193 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1194 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1195 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1196 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1197 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1198 can use multiple alternatives instead.
1199
1200 @cindex matching constraint
1201 @cindex constraint, matching
1202 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1203 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1204 @ifset INTERNALS
1205 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1206 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1207 @end ifset
1208 @ifclear INTERNALS
1209 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1210 two input operands and an output operand, but on most CISC
1211 @end ifclear
1212 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1213 input-output operand:
1214
1215 @smallexample
1216 addl #35,r12
1217 @end smallexample
1218
1219 Matching constraints are used in these circumstances.
1220 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1221 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1222 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1223 constraint.
1224
1225 @ifset INTERNALS
1226 For operands to match in a particular case usually means that they
1227 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1228 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1229 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1230 For proper results in such cases, the output template should always
1231 use the output-operand's number when printing the operand.
1232 @end ifset
1233
1234 @cindex load address instruction
1235 @cindex push address instruction
1236 @cindex address constraints
1237 @cindex @samp{p} in constraint
1238 @item @samp{p}
1239 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1240 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1241
1242 @findex address_operand
1243 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1244 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1245 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1246 reference for which the address would be valid.
1247
1248 @cindex other register constraints
1249 @cindex extensible constraints
1250 @item @var{other-letters}
1251 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1252 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1253 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1254 for data, address and floating point registers.
1255
1256 @ifset INTERNALS
1257 The machine description macro @code{REG_CLASS_FROM_LETTER} has first
1258 cut at the otherwise unused letters.  If it evaluates to @code{NO_REGS},
1259 then @code{EXTRA_CONSTRAINT} is evaluated.
1260
1261 A typical use for @code{EXTRA_CONSTRAINT} would be to distinguish certain
1262 types of memory references that affect other insn operands.
1263 @end ifset
1264 @end table
1265
1266 @ifset INTERNALS
1267 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1268 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1269 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1270 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1271 done by copying an operand into a register.
1272
1273 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1274
1275 @smallexample
1276 (define_insn ""
1277   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1278         (plus:SI (match_dup 0)
1279                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1280   ""
1281   "@dots{}")
1282 @end smallexample
1283
1284 @noindent
1285 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1286
1287 @smallexample
1288 (define_insn ""
1289   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1290         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1291                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1292   ""
1293   "@dots{}")
1294 @end smallexample
1295
1296 @noindent
1297 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1298 identical.  If we are considering an insn of the form
1299
1300 @smallexample
1301 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1302   (set (reg:SI 3)
1303        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1304   @dots{})
1305 @end smallexample
1306
1307 @noindent
1308 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1309 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1310 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns''.
1311 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1312 is something wrong with it''.  It would direct the reload pass of the
1313 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1314 results might look like this:
1315
1316 @smallexample
1317 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1318   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1319   @dots{})
1320
1321 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1322   (set (reg:SI 3)
1323        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1324   @dots{})
1325 @end smallexample
1326
1327 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1328 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1329 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1330 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1331 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1332 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1333 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1334 reloading any possible operand so that it will fit.
1335
1336 @itemize @bullet
1337 @item
1338 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1339 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1340
1341 For example, an operand whose constraints permit everything except
1342 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1343
1344 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1345 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1346 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1347 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1348 more selective.
1349
1350 @item
1351 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1352 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1353 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1354 compiler knows how to copy a register into another register of the
1355 proper class in order to make an instruction valid.
1356
1357 @cindex nonoffsettable memory reference
1358 @cindex memory reference, nonoffsettable
1359 @item
1360 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1361 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1362 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1363
1364 @item
1365 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1366 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1367 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1368 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1369
1370 @item
1371 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1372 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1373 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1374 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1375 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1376 objects allowed by the constraint.
1377 @end itemize
1378
1379 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1380 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1381 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1382 how to copy a register temporarily into memory.
1383
1384 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1385 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1386 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1387 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1388 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1389 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1390 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1391 @code{sign_extend}.
1392 @end ifset
1393
1394 @node Multi-Alternative
1395 @subsection Multiple Alternative Constraints
1396 @cindex multiple alternative constraints
1397
1398 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1399 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1400 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1401 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1402 another.
1403
1404 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1405 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1406 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1407 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1408 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1409 @ifset INTERNALS
1410 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1411
1412 @smallexample
1413 (define_insn "iorsi3"
1414   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1415         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1416                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1417   @dots{})
1418 @end smallexample
1419
1420 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1421 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1422 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1423 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1424 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1425 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1426 @end ifset
1427
1428 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1429 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1430 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1431 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1432 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1433 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1434 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1435
1436 @table @code
1437 @cindex @samp{?} in constraint
1438 @cindex question mark
1439 @item ?
1440 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1441 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1442 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1443 in it.
1444
1445 @cindex @samp{!} in constraint
1446 @cindex exclamation point
1447 @item !
1448 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1449 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1450 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1451 @end table
1452
1453 @ifset INTERNALS
1454 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1455 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1456 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1457 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1458 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1459 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1460 @end ifset
1461
1462 @ifset INTERNALS
1463 @node Class Preferences
1464 @subsection Register Class Preferences
1465 @cindex class preference constraints
1466 @cindex register class preference constraints
1467
1468 @cindex voting between constraint alternatives
1469 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1470 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1471 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1472 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1473 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1474 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1475 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1476 favor of a general register.  The machine description says which registers
1477 are considered general.
1478
1479 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1480 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1481 @end ifset
1482
1483 @node Modifiers
1484 @subsection Constraint Modifier Characters
1485 @cindex modifiers in constraints
1486 @cindex constraint modifier characters
1487
1488 @c prevent bad page break with this line
1489 Here are constraint modifier characters.
1490
1491 @table @samp
1492 @cindex @samp{=} in constraint
1493 @item =
1494 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1495 value is discarded and replaced by output data.
1496
1497 @cindex @samp{+} in constraint
1498 @item +
1499 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1500
1501 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1502 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1503 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1504 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1505 are assumed to be input only.
1506
1507 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1508 first character of the constraint string.
1509
1510 @cindex @samp{&} in constraint
1511 @cindex earlyclobber operand
1512 @item &
1513 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1514 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1515 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1516 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1517 address.
1518
1519 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1520 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1521 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1522 @samp{movdf} insn of the 68000.
1523
1524 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1525 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1526 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1527 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1528 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1529
1530 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1531
1532 @cindex @samp{%} in constraint
1533 @item %
1534 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1535 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1536 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1537 constraints.
1538 @ifset INTERNALS
1539 This is often used in patterns for addition instructions
1540 that really have only two operands: the result must go in one of the
1541 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1542 instruction is defined:
1543
1544 @smallexample
1545 (define_insn "addhi3"
1546   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1547      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1548               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1549   @dots{})
1550 @end smallexample
1551 @end ifset
1552 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1553 the compiler may fail.  Note that you need not use the modifier if
1554 the two alternatives are strictly identical; this would only waste
1555 time in the reload pass.  The modifier is not operational after
1556 register allocation, so the result of @code{define_peephole2}
1557 and @code{define_split}s performed after reload cannot rely on
1558 @samp{%} to make the intended insn match.
1559
1560 @cindex @samp{#} in constraint
1561 @item #
1562 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1563 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1564 register preferences.
1565
1566 @cindex @samp{*} in constraint
1567 @item *
1568 Says that the following character should be ignored when choosing
1569 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1570 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1571
1572 @ifset INTERNALS
1573 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1574 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1575 copying it into an address register.  While either kind of register is
1576 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1577 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1578 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1579 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1580 register preferences.
1581
1582 @smallexample
1583 (define_insn "extendhisi2"
1584   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1585         (sign_extend:SI
1586          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1587   @dots{})
1588 @end smallexample
1589 @end ifset
1590 @end table
1591
1592 @node Machine Constraints
1593 @subsection Constraints for Particular Machines
1594 @cindex machine specific constraints
1595 @cindex constraints, machine specific
1596
1597 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1598 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1599 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1600 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1601 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1602 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1603 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1604 immediate-constant format.
1605
1606 For each machine architecture, the
1607 @file{config/@var{machine}/@var{machine}.h} file defines additional
1608 constraints.  These constraints are used by the compiler itself for
1609 instruction generation, as well as for @code{asm} statements; therefore,
1610 some of the constraints are not particularly interesting for @code{asm}.
1611 The constraints are defined through these macros:
1612
1613 @table @code
1614 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1615 Register class constraints (usually lowercase).
1616
1617 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1618 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1619 word size or smaller precision (usually uppercase).
1620
1621 @item CONST_DOUBLE_OK_FOR_LETTER_P
1622 Immediate constant constraints, for all floating point constants and for
1623 constants of greater than word size precision (usually uppercase).
1624
1625 @item EXTRA_CONSTRAINT
1626 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1627 is only defined for some machines.
1628 @end table
1629
1630 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1631 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1632 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1633 available on some particular machines.
1634
1635 @table @emph
1636 @item ARM family---@file{arm.h}
1637 @table @code
1638 @item f
1639 Floating-point register
1640
1641 @item w
1642 VFP floating-point register
1643
1644 @item F
1645 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1646 or 10.0
1647
1648 @item G
1649 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1650 were negated
1651
1652 @item I
1653 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1654 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1655 multiple of 2
1656
1657 @item J
1658 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1659
1660 @item K
1661 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1662
1663 @item L
1664 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1665
1666 @item M
1667 Integer in the range 0 to 32
1668
1669 @item Q
1670 A memory reference where the exact address is in a single register
1671 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1672
1673 @item R
1674 An item in the constant pool
1675
1676 @item S
1677 A symbol in the text segment of the current file
1678
1679 @item Uv
1680 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1681
1682 @item Uy
1683 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1684
1685 @item Uq
1686 A memory reference suitable for the ARMv4 ldrsb instruction.
1687 @end table
1688
1689 @item AVR family---@file{avr.h}
1690 @table @code
1691 @item l
1692 Registers from r0 to r15
1693
1694 @item a
1695 Registers from r16 to r23
1696
1697 @item d
1698 Registers from r16 to r31
1699
1700 @item w
1701 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1702
1703 @item e
1704 Pointer register (r26--r31)
1705
1706 @item b
1707 Base pointer register (r28--r31)
1708
1709 @item q
1710 Stack pointer register (SPH:SPL)
1711
1712 @item t
1713 Temporary register r0
1714
1715 @item x
1716 Register pair X (r27:r26)
1717
1718 @item y
1719 Register pair Y (r29:r28)
1720
1721 @item z
1722 Register pair Z (r31:r30)
1723
1724 @item I
1725 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1726
1727 @item J
1728 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1729
1730 @item K
1731 Constant integer 2
1732
1733 @item L
1734 Constant integer 0
1735
1736 @item M
1737 Constant that fits in 8 bits
1738
1739 @item N
1740 Constant integer @minus{}1
1741
1742 @item O
1743 Constant integer 8, 16, or 24
1744
1745 @item P
1746 Constant integer 1
1747
1748 @item G
1749 A floating point constant 0.0
1750 @end table
1751
1752 @item CRX Architecture---@file{crx.h}
1753 @table @code
1754
1755 @item b
1756 Registers from r0 to r14 (registers without stack pointer)
1757
1758 @item l
1759 Register r16 (64-bit accumulator lo register)
1760
1761 @item h
1762 Register r17 (64-bit accumulator hi register)
1763
1764 @item k
1765 Register pair r16-r17. (64-bit accumulator lo-hi pair)
1766
1767 @item I
1768 Constant that fits in 3 bits
1769
1770 @item J
1771 Constant that fits in 4 bits
1772
1773 @item K
1774 Constant that fits in 5 bits
1775
1776 @item L
1777 Constant that is one of -1, 4, -4, 7, 8, 12, 16, 20, 32, 48
1778
1779 @item G
1780 Floating point constant that is legal for store immediate
1781 @end table
1782
1783 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1784 @table @code
1785 @item b
1786 Address base register
1787
1788 @item f
1789 Floating point register
1790
1791 @item v
1792 Vector register
1793
1794 @item h
1795 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1796
1797 @item q
1798 @samp{MQ} register
1799
1800 @item c
1801 @samp{CTR} register
1802
1803 @item l
1804 @samp{LINK} register
1805
1806 @item x
1807 @samp{CR} register (condition register) number 0
1808
1809 @item y
1810 @samp{CR} register (condition register)
1811
1812 @item z
1813 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1814
1815 @item I
1816 Signed 16-bit constant
1817
1818 @item J
1819 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1820 @code{SImode} constants)
1821
1822 @item K
1823 Unsigned 16-bit constant
1824
1825 @item L
1826 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1827
1828 @item M
1829 Constant larger than 31
1830
1831 @item N
1832 Exact power of 2
1833
1834 @item O
1835 Zero
1836
1837 @item P
1838 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1839
1840 @item G
1841 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1842 instruction per word
1843
1844 @item Q
1845 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1846 for @code{asm} statements)
1847
1848 @item R
1849 AIX TOC entry
1850
1851 @item S
1852 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1853
1854 @item T
1855 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1856
1857 @item U
1858 System V Release 4 small data area reference
1859 @end table
1860
1861 @item MorphoTech family---@file{mt.h}
1862 @table @code
1863 @item I
1864 Constant for an arithmetic insn (16-bit signed integer).
1865
1866 @item J
1867 The constant 0.
1868
1869 @item K
1870 Constant for a logical insn (16-bit zero-extended integer).
1871
1872 @item L
1873 A constant that can be loaded with @code{lui} (i.e.@: the bottom 16
1874 bits are zero).
1875
1876 @item M
1877 A constant that takes two words to load (i.e.@: not matched by
1878 @code{I}, @code{K}, or @code{L}).
1879
1880 @item N
1881 Negative 16-bit constants other than -65536.
1882
1883 @item O
1884 A 15-bit signed integer constant.
1885
1886 @item P
1887 A positive 16-bit constant.
1888 @end table
1889
1890 @item Intel 386---@file{i386.h}
1891 @table @code
1892 @item q
1893 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register for the i386.
1894 For x86-64 it is equivalent to @samp{r} class (for 8-bit instructions that
1895 do not use upper halves).
1896
1897 @item Q
1898 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register (for 8-bit instructions,
1899 that do use upper halves).
1900
1901 @item R
1902 Legacy register---equivalent to @code{r} class in i386 mode.
1903 (for non-8-bit registers used together with 8-bit upper halves in a single
1904 instruction)
1905
1906 @item A
1907 Specifies the @samp{a} or @samp{d} registers.  This is primarily useful
1908 for 64-bit integer values (when in 32-bit mode) intended to be returned
1909 with the @samp{d} register holding the most significant bits and the
1910 @samp{a} register holding the least significant bits.
1911
1912 @item f
1913 Floating point register
1914
1915 @item t
1916 First (top of stack) floating point register
1917
1918 @item u
1919 Second floating point register
1920
1921 @item a
1922 @samp{a} register
1923
1924 @item b
1925 @samp{b} register
1926
1927 @item c
1928 @samp{c} register
1929
1930 @item C
1931 Specifies constant that can be easily constructed in SSE register without
1932 loading it from memory.
1933
1934 @item d
1935 @samp{d} register
1936
1937 @item D
1938 @samp{di} register
1939
1940 @item S
1941 @samp{si} register
1942
1943 @item x
1944 @samp{xmm} SSE register
1945
1946 @item y
1947 MMX register
1948
1949 @item I
1950 Constant in range 0 to 31 (for 32-bit shifts)
1951
1952 @item J
1953 Constant in range 0 to 63 (for 64-bit shifts)
1954
1955 @item K
1956 @samp{0xff}
1957
1958 @item L
1959 @samp{0xffff}
1960
1961 @item M
1962 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1963
1964 @item N
1965 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1966
1967 @item Z
1968 Constant in range 0 to @code{0xffffffff} or symbolic reference known to fit specified range.
1969 (for using immediates in zero extending 32-bit to 64-bit x86-64 instructions)
1970
1971 @item e
1972 Constant in range @minus{}2147483648 to 2147483647 or symbolic reference known to fit specified range.
1973 (for using immediates in 64-bit x86-64 instructions)
1974
1975 @item G
1976 Standard 80387 floating point constant
1977 @end table
1978
1979 @item Intel IA-64---@file{ia64.h}
1980 @table @code
1981 @item a
1982 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
1983
1984 @item b
1985 Branch register
1986
1987 @item c
1988 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
1989
1990 @item d
1991 Application register residing in M-unit
1992
1993 @item e
1994 Application register residing in I-unit
1995
1996 @item f
1997 Floating-point register
1998
1999 @item m
2000 Memory operand.
2001 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
2002 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
2003 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
2004
2005 @item G
2006 Floating-point constant 0.0 or 1.0
2007
2008 @item I
2009 14-bit signed integer constant
2010
2011 @item J
2012 22-bit signed integer constant
2013
2014 @item K
2015 8-bit signed integer constant for logical instructions
2016
2017 @item L
2018 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
2019
2020 @item M
2021 6-bit unsigned integer constant for shift counts
2022
2023 @item N
2024 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
2025
2026 @item O
2027 The constant zero
2028
2029 @item P
2030 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
2031
2032 @item Q
2033 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
2034
2035 @item R
2036 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
2037
2038 @item S
2039 Memory operand except postincrement and postdecrement
2040 @end table
2041
2042 @item FRV---@file{frv.h}
2043 @table @code
2044 @item a
2045 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2046
2047 @item b
2048 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2049
2050 @item c
2051 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
2052 @code{icc0} to @code{icc3}).
2053
2054 @item d
2055 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2056
2057 @item e
2058 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2059 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2060 mode larger than 4 bytes.
2061
2062 @item f
2063 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2064
2065 @item h
2066 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2067 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2068 mode larger than 4 bytes.
2069
2070 @item l
2071 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2072
2073 @item q
2074 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2075 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2076 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2077
2078 @item t
2079 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2080
2081 @item u
2082 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2083
2084 @item v
2085 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2086
2087 @item w
2088 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2089
2090 @item x
2091 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2092 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2093 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2094
2095 @item z
2096 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2097
2098 @item A
2099 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2100
2101 @item B
2102 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2103
2104 @item C
2105 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2106
2107 @item G
2108 Floating point constant zero
2109
2110 @item I
2111 6-bit signed integer constant
2112
2113 @item J
2114 10-bit signed integer constant
2115
2116 @item L
2117 16-bit signed integer constant
2118
2119 @item M
2120 16-bit unsigned integer constant
2121
2122 @item N
2123 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2124 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2125
2126 @item O
2127 Constant zero
2128
2129 @item P
2130 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2131 range of 1 to 2047.
2132
2133 @end table
2134
2135 @item Blackfin family---@file{bfin.h}
2136 @table @code
2137 @item a
2138 P register
2139
2140 @item d
2141 D register
2142
2143 @item z
2144 A call clobbered P register.
2145
2146 @item D
2147 Even-numbered D register
2148
2149 @item W
2150 Odd-numbered D register
2151
2152 @item e
2153 Accumulator register.
2154
2155 @item A
2156 Even-numbered accumulator register.
2157
2158 @item B
2159 Odd-numbered accumulator register.
2160
2161 @item b
2162 I register
2163
2164 @item B
2165 B register
2166
2167 @item f
2168 M register
2169
2170 @item c
2171 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
2172
2173 @item C
2174 The CC register.
2175
2176 @item x
2177 Any D, P, B, M, I or L register.
2178
2179 @item y
2180 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2181 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2182
2183 @item w
2184 Any register except accumulators or CC.
2185
2186 @item Ksh
2187 Signed 16 bit integer (in the range -32768 to 32767)
2188
2189 @item Kuh
2190 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2191
2192 @item Ks7
2193 Signed 7 bit integer (in the range -64 to 63)
2194
2195 @item Ku7
2196 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2197
2198 @item Ku5
2199 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2200
2201 @item Ks4
2202 Signed 4 bit integer (in the range -8 to 7)
2203
2204 @item Ks3
2205 Signed 3 bit integer (in the range -3 to 4)
2206
2207 @item Ku3
2208 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2209
2210 @item P@var{n}
2211 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2212
2213 @item M1
2214 Constant 255.
2215
2216 @item M2
2217 Constant 65535.
2218
2219 @item J
2220 An integer constant with exactly a single bit set.
2221
2222 @item L
2223 An integer constant with all bits set except exactly one.
2224
2225 @item H
2226
2227 @item Q
2228 Any SYMBOL_REF.
2229 @end table
2230
2231 @item M32C---@file{m32c.c}
2232
2233 @item Rsp
2234 @itemx Rfb
2235 @itemx Rsb
2236 @samp{$sp}, @samp{$fb}, @samp{$sb}.
2237
2238 @item Rcr
2239 Any control register, when they're 16 bits wide (nothing if control
2240 registers are 24 bits wide)
2241
2242 @item Rcl
2243 Any control register, when they're 24 bits wide.
2244
2245 @item R0w
2246 @itemx R1w
2247 @itemx R2w
2248 @itemx R3w
2249 $r0, $r1, $r2, $r3.
2250
2251 @item R02
2252 $r0 or $r2, or $r2r0 for 32 bit values.
2253
2254 @item R13
2255 $r1 or $r3, or $r3r1 for 32 bit values.
2256
2257 @item Rdi
2258 A register that can hold a 64 bit value.
2259
2260 @item Rhl
2261 $r0 or $r1 (registers with addressable high/low bytes)
2262
2263 @item R23
2264 $r2 or $r3
2265
2266 @item Raa
2267 Address registers
2268
2269 @item Raw
2270 Address registers when they're 16 bits wide.
2271
2272 @item Ral
2273 Address registers when they're 24 bits wide.
2274
2275 @item Rqi
2276 Registers that can hold QI values.
2277
2278 @item Rad
2279 Registers that can be used with displacements ($a0, $a1, $sb).
2280
2281 @item Rsi
2282 Registers that can hold 32 bit values.
2283
2284 @item Rhi
2285 Registers that can hold 16 bit values.
2286
2287 @item Rhc
2288 Registers chat can hold 16 bit values, including all control
2289 registers.
2290
2291 @item Rra
2292 $r0 through R1, plus $a0 and $a1.
2293
2294 @item Rfl
2295 The flags register.
2296
2297 @item Rmm
2298 The memory-based pseudo-registers $mem0 through $mem15.
2299
2300 @item Rpi
2301 Registers that can hold pointers (16 bit registers for r8c, m16c; 24
2302 bit registers for m32cm, m32c).
2303
2304 @item Rpa
2305 Matches multiple registers in a PARALLEL to form a larger register.
2306 Used to match function return values.
2307
2308 @item Is3
2309 -8 @dots{} 7
2310
2311 @item IS1
2312 -128 @dots{} 127
2313
2314 @item IS2
2315 -32768 @dots{} 32767
2316
2317 @item IU2
2318 0 @dots{} 65535
2319
2320 @item In4
2321 -8 @dots{} -1 or 1 @dots{} 8
2322
2323 @item In5
2324 -16 @dots{} -1 or 1 @dots{} 16
2325
2326 @item In4
2327 -8 @dots{} -1 or 1 @dots{} 8
2328
2329 @item IM2
2330 -65536 @dots{} -1
2331
2332 @item Ilb
2333 An 8 bit value with exactly one bit set.
2334
2335 @item Ilw
2336 A 16 bit value with exactly one bit set.
2337
2338 @item Sd
2339 The common src/dest memory addressing modes.
2340
2341 @item Sa
2342 Memory addressed using $a0 or $a1.
2343
2344 @item Si
2345 Memory addressed with immediate addresses.
2346
2347 @item Ss
2348 Memory addressed using the stack pointer ($sp).
2349
2350 @item Sf
2351 Memory addressed using the frame base register ($fb).
2352
2353 @item Ss
2354 Memory addressed using the small base register ($sb).
2355
2356 @item S1
2357 $r1h
2358
2359
2360 @item MIPS---@file{mips.h}
2361 @table @code
2362 @item d
2363 General-purpose integer register
2364
2365 @item f
2366 Floating-point register (if available)
2367
2368 @item h
2369 @samp{Hi} register
2370
2371 @item l
2372 @samp{Lo} register
2373
2374 @item x
2375 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
2376
2377 @item y
2378 General-purpose integer register
2379
2380 @item z
2381 Floating-point status register
2382
2383 @item I
2384 Signed 16-bit constant (for arithmetic instructions)
2385
2386 @item J
2387 Zero
2388
2389 @item K
2390 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
2391
2392 @item L
2393 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
2394
2395 @item M
2396 32-bit constant which requires two instructions to load (a constant
2397 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
2398
2399 @item N
2400 Negative 16-bit constant
2401
2402 @item O
2403 Exact power of two
2404
2405 @item P
2406 Positive 16-bit constant
2407
2408 @item G
2409 Floating point zero
2410
2411 @item Q
2412 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
2413 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
2414
2415 @item R
2416 Memory reference that can be loaded with one instruction
2417 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
2418
2419 @item S
2420 Memory reference in external OSF/rose PIC format
2421 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
2422 @end table
2423
2424 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
2425 @table @code
2426 @item a
2427 Address register
2428
2429 @item d
2430 Data register
2431
2432 @item f
2433 68881 floating-point register, if available
2434
2435 @item I
2436 Integer in the range 1 to 8
2437
2438 @item J
2439 16-bit signed number
2440
2441 @item K
2442 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2443
2444 @item L
2445 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2446
2447 @item M
2448 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2449
2450 @item G
2451 Floating point constant that is not a 68881 constant
2452 @end table
2453
2454 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{m68hc11.h}
2455 @table @code
2456 @item a
2457 Register `a'
2458
2459 @item b
2460 Register `b'
2461
2462 @item d
2463 Register `d'
2464
2465 @item q
2466 An 8-bit register
2467
2468 @item t
2469 Temporary soft register _.tmp
2470
2471 @item u
2472 A soft register _.d1 to _.d31
2473
2474 @item w
2475 Stack pointer register
2476
2477 @item x
2478 Register `x'
2479
2480 @item y
2481 Register `y'
2482
2483 @item z
2484 Pseudo register `z' (replaced by `x' or `y' at the end)
2485
2486 @item A
2487 An address register: x, y or z
2488
2489 @item B
2490 An address register: x or y
2491
2492 @item D
2493 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
2494
2495 @item L
2496 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
2497
2498 @item M
2499 Constants whose 16-bit low part is zero
2500
2501 @item N
2502 Constant integer 1 or @minus{}1
2503
2504 @item O
2505 Constant integer 16
2506
2507 @item P
2508 Constants in the range @minus{}8 to 2
2509
2510 @end table
2511
2512 @need 1000
2513 @item SPARC---@file{sparc.h}
2514 @table @code
2515 @item f
2516 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
2517 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
2518
2519 @item e
2520 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
2521 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
2522 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
2523
2524 @item c
2525 Floating-point condition code register.
2526
2527 @item d
2528 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
2529 architecture when the Visual Instruction Set is available.
2530
2531 @item b
2532 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
2533 when the Visual Instruction Set is available.
2534
2535 @item h
2536 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
2537
2538 @item I
2539 Signed 13-bit constant
2540
2541 @item J
2542 Zero
2543
2544 @item K
2545 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2546 loaded with the @code{sethi} instruction)
2547
2548 @item L
2549 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2550
2551 @item M
2552 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2553
2554 @item N
2555 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2556 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2557 modes wider than @code{SImode}
2558
2559 @item O
2560 The constant 4096
2561
2562 @item G
2563 Floating-point zero
2564
2565 @item H
2566 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2567
2568 @item Q
2569 Floating-point constant whose integral representation can
2570 be moved into an integer register using a single sethi
2571 instruction
2572
2573 @item R
2574 Floating-point constant whose integral representation can
2575 be moved into an integer register using a single mov
2576 instruction
2577
2578 @item S
2579 Floating-point constant whose integral representation can
2580 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2581 instruction sequence
2582
2583 @item T
2584 Memory address aligned to an 8-byte boundary
2585
2586 @item U
2587 Even register
2588
2589 @item W
2590 Memory address for @samp{e} constraint registers
2591
2592 @item Y
2593 Vector zero
2594
2595 @end table
2596
2597 @item TMS320C3x/C4x---@file{c4x.h}
2598 @table @code
2599 @item a
2600 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
2601
2602 @item b
2603 Stack pointer register (sp)
2604
2605 @item c
2606 Standard (32-bit) precision integer register
2607
2608 @item f
2609 Extended (40-bit) precision register (r0-r11)
2610
2611 @item k
2612 Block count register (bk)
2613
2614 @item q
2615 Extended (40-bit) precision low register (r0-r7)
2616
2617 @item t
2618 Extended (40-bit) precision register (r0-r1)
2619
2620 @item u
2621 Extended (40-bit) precision register (r2-r3)
2622
2623 @item v
2624 Repeat count register (rc)
2625
2626 @item x
2627 Index register (ir0-ir1)
2628
2629 @item y
2630 Status (condition code) register (st)
2631
2632 @item z
2633 Data page register (dp)
2634
2635 @item G
2636 Floating-point zero
2637
2638 @item H
2639 Immediate 16-bit floating-point constant
2640
2641 @item I
2642 Signed 16-bit constant
2643
2644 @item J
2645 Signed 8-bit constant
2646
2647 @item K
2648 Signed 5-bit constant
2649
2650 @item L
2651 Unsigned 16-bit constant
2652
2653 @item M
2654 Unsigned 8-bit constant
2655
2656 @item N
2657 Ones complement of unsigned 16-bit constant
2658
2659 @item O
2660 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero)
2661
2662 @item Q
2663 Indirect memory reference with signed 8-bit or index register displacement
2664
2665 @item R
2666 Indirect memory reference with unsigned 5-bit displacement
2667
2668 @item S
2669 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement
2670
2671 @item T
2672 Direct memory reference
2673
2674 @item U
2675 Symbolic address
2676
2677 @end table
2678
2679 @item S/390 and zSeries---@file{s390.h}
2680 @table @code
2681 @item a
2682 Address register (general purpose register except r0)
2683
2684 @item c
2685 Condition code register
2686
2687 @item d
2688 Data register (arbitrary general purpose register)
2689
2690 @item f
2691 Floating-point register
2692
2693 @item I
2694 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2695
2696 @item J
2697 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2698
2699 @item K
2700 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2701
2702 @item L
2703 Value appropriate as displacement.
2704 @table @code
2705        @item (0..4095)
2706        for short displacement
2707        @item (-524288..524287)
2708        for long displacement
2709 @end table
2710
2711 @item M
2712 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
2713
2714 @item N
2715 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
2716 @table @code
2717          @item 0..9:
2718          number of the part counting from most to least significant
2719          @item H,Q:
2720          mode of the part
2721          @item D,S,H:
2722          mode of the containing operand
2723          @item 0,F:
2724          value of the other parts (F---all bits set)
2725 @end table
2726 The constraint matches if the specified part of a constant
2727 has a value different from it's other parts.
2728
2729 @item Q
2730 Memory reference without index register and with short displacement.
2731
2732 @item R
2733 Memory reference with index register and short displacement.
2734
2735 @item S
2736 Memory reference without index register but with long displacement.
2737
2738 @item T
2739 Memory reference with index register and long displacement.
2740
2741 @item U
2742 Pointer with short displacement.
2743
2744 @item W
2745 Pointer with long displacement.
2746
2747 @item Y
2748 Shift count operand.
2749
2750 @end table
2751
2752 @item Xstormy16---@file{stormy16.h}
2753 @table @code
2754 @item a
2755 Register r0.
2756
2757 @item b
2758 Register r1.
2759
2760 @item c
2761 Register r2.
2762
2763 @item d
2764 Register r8.
2765
2766 @item e
2767 Registers r0 through r7.
2768
2769 @item t
2770 Registers r0 and r1.
2771
2772 @item y
2773 The carry register.
2774
2775 @item z
2776 Registers r8 and r9.
2777
2778 @item I
2779 A constant between 0 and 3 inclusive.
2780
2781 @item J
2782 A constant that has exactly one bit set.
2783
2784 @item K
2785 A constant that has exactly one bit clear.
2786
2787 @item L
2788 A constant between 0 and 255 inclusive.
2789
2790 @item M
2791 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
2792
2793 @item N
2794 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
2795
2796 @item O
2797 A constant between 1 and 4 inclusive.
2798
2799 @item P
2800 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
2801
2802 @item Q
2803 A memory reference that is a stack push.
2804
2805 @item R
2806 A memory reference that is a stack pop.
2807
2808 @item S
2809 A memory reference that refers to a constant address of known value.
2810
2811 @item T
2812 The register indicated by Rx (not implemented yet).
2813
2814 @item U
2815 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
2816
2817 @item Z
2818 The constant 0.
2819
2820 @end table
2821
2822 @item Xtensa---@file{xtensa.h}
2823 @table @code
2824 @item a
2825 General-purpose 32-bit register
2826
2827 @item b
2828 One-bit boolean register
2829
2830 @item A
2831 MAC16 40-bit accumulator register
2832
2833 @item I
2834 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
2835
2836 @item J
2837 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
2838
2839 @item K
2840 Integer constant valid for BccI instructions
2841
2842 @item L
2843 Unsigned constant valid for BccUI instructions
2844
2845 @end table
2846
2847 @end table
2848
2849 @ifset INTERNALS
2850 @node Standard Names
2851 @section Standard Pattern Names For Generation
2852 @cindex standard pattern names
2853 @cindex pattern names
2854 @cindex names, pattern
2855
2856 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
2857 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
2858 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
2859 pattern to accomplish a certain task.
2860
2861 @table @asis
2862 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
2863 @item @samp{mov@var{m}}
2864 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
2865 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
2866 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
2867
2868 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
2869 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
2870 to store the specified value in the part of the register that corresponds
2871 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
2872 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
2873 outside the target word are left unchanged.
2874
2875 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
2876 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
2877 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
2878 If there are patterns accepting operands in larger modes,
2879 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
2880
2881 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
2882 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
2883 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
2884 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
2885 into a register.
2886
2887 @findex force_reg
2888 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
2889 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
2890 registers other than the operands.  For example, if you support the
2891 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
2892 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
2893 function which might generate new pseudo registers.
2894
2895 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
2896 fetching those modes from memory normally requires several insns and
2897 some temporary registers.
2898
2899 @findex change_address
2900 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
2901 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
2902 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
2903 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
2904 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
2905 an address into a valid address and no routine (such as
2906 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
2907 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
2908
2909 @findex reload_in_progress
2910 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
2911 declared if required) can be used to determine whether such special
2912 handling is required.
2913
2914 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
2915 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
2916 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
2917 machines explicit memory references will get optional reloads.
2918
2919 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
2920 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
2921
2922 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
2923 you must define @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and/or
2924 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
2925 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
2926 them.  @xref{Register Classes}.
2927
2928 @findex no_new_pseudos
2929 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
2930 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
2931 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
2932
2933 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
2934 register to any other hard register provided that
2935 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
2936 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
2937
2938 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
2939 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
2940 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
2941 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
2942 point members.
2943
2944 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
2945 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
2946 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
2947 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
2948 floating point registers, then the constraints of the fixed point
2949 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
2950 reload into a floating point register.
2951
2952 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
2953 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
2954 @item @samp{reload_in@var{m}}
2955 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
2956 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
2957 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
2958 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
2959 macro in @pxref{Register Classes}.
2960
2961 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
2962 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
2963 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
2964 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
2965 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
2966 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
2967 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
2968 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
2969 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
2970 for these patterns.
2971
2972 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
2973 @item @samp{movstrict@var{m}}
2974 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
2975 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
2976 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
2977 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
2978
2979 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
2980 @item @samp{movmisalign@var{m}}
2981 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
2982 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
2983 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
2984 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
2985 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
2986
2987 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
2988 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
2989
2990 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
2991 @item @samp{load_multiple}
2992 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
2993 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
2994 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
2995 number of consecutive registers.
2996
2997 Define this only if the target machine really has such an instruction;
2998 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
2999 registers from memory is to do them one at a time.
3000
3001 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
3002 registers can be stored into memory, such as particular starting or
3003 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
3004 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3005 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
3006
3007 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
3008 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
3009 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
3010 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
3011 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
3012
3013 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
3014 @item @samp{store_multiple}
3015 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
3016 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
3017 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
3018 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
3019
3020 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
3021 @item @samp{vec_set@var{m}}
3022 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
3023 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
3024
3025 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
3026 @item @samp{vec_extract@var{m}}
3027 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
3028 specify field index and operand 0 place to store value into.
3029
3030 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
3031 @item @samp{vec_init@var{m}}
3032 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
3033 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
3034
3035 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
3036 @item @samp{push@var{m}1}
3037 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
3038 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
3039 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
3040 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
3041 method is deprecated.
3042
3043 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
3044 @item @samp{add@var{m}3}
3045 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
3046 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
3047 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
3048
3049 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
3050 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
3051 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
3052 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
3053 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
3054 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
3055 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
3056 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
3057 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
3058 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
3059 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
3060 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
3061 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}
3062 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
3063 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
3064 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
3065 Similar, for other arithmetic operations.
3066
3067 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
3068 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
3069 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
3070 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
3071 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
3072 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
3073
3074 @cindex @code{reduc_smin_@var{m}} instruction pattern
3075 @cindex @code{reduc_smax_@var{m}} instruction pattern
3076 @item @samp{reduc_smin_@var{m}}, @samp{reduc_smax_@var{m}}
3077 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3078 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3079 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3080 modes.
3081
3082 @cindex @code{reduc_umin_@var{m}} instruction pattern
3083 @cindex @code{reduc_umax_@var{m}} instruction pattern
3084 @item @samp{reduc_umin_@var{m}}, @samp{reduc_umax_@var{m}}
3085 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3086 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3087 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3088 modes.
3089
3090 @cindex @code{reduc_splus_@var{m}} instruction pattern
3091 @item @samp{reduc_splus_@var{m}}
3092 Compute the sum of the signed elements of a vector. The vector is operand 1,
3093 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3094 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3095
3096 @cindex @code{reduc_uplus_@var{m}} instruction pattern
3097 @item @samp{reduc_uplus_@var{m}}
3098 Compute the sum of the unsigned elements of a vector. The vector is operand 1,
3099 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3100 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3101
3102 @cindex @code{vec_shl_@var{m}} instruction pattern
3103 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
3104 @item @samp{vec_shl_@var{m}}, @samp{vec_shr_@var{m}}
3105 Whole vector left/right shift in bits.
3106 Operand 1 is a vector to be shifted.
3107 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
3108 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
3109 The output and input vectors should have the same modes.
3110
3111 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
3112 @item @samp{mulhisi3}
3113 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
3114 a @code{SImode} product in operand 0.
3115
3116 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
3117 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
3118 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
3119 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
3120
3121 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
3122 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
3123 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
3124 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
3125 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
3126 multiplication.
3127
3128 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
3129 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
3130 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
3131 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
3132 The least significant half of the product is discarded.
3133
3134 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
3135 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
3136 Similar, but the multiplication is unsigned.
3137
3138 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
3139 @item @samp{divmod@var{m}4}
3140 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
3141 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
3142 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
3143
3144 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
3145 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
3146 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
3147 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
3148 and remainder are computed.
3149
3150 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
3151 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
3152 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
3153 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
3154 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
3155
3156 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
3157 @item @samp{udivmod@var{m}4}
3158 Similar, but does unsigned division.
3159
3160 @anchor{shift patterns}
3161 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
3162 @item @samp{ashl@var{m}3}
3163 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
3164 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
3165 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
3166 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
3167 mode before generating the instruction.  The meaning of out-of-range shift
3168 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
3169 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
3170
3171 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
3172 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
3173 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
3174 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
3175 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
3176 Other shift and rotate instructions, analogous to the
3177 @code{ashl@var{m}3} instructions.
3178
3179 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
3180 @item @samp{neg@var{m}2}
3181 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
3182
3183 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
3184 @item @samp{abs@var{m}2}
3185 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
3186
3187 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
3188 @item @samp{sqrt@var{m}2}
3189 Store the square root of operand 1 into operand 0.
3190
3191 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
3192 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
3193 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3194 type @code{float}.
3195
3196 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
3197 @item @samp{cos@var{m}2}
3198 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
3199
3200 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
3201 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
3202 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3203 type @code{float}.
3204
3205 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
3206 @item @samp{sin@var{m}2}
3207 Store the sine of operand 1 into operand 0.
3208
3209 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
3210 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
3211 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3212 type @code{float}.
3213
3214 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
3215 @item @samp{exp@var{m}2}
3216 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
3217
3218 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
3219 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
3220 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3221 type @code{float}.
3222
3223 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
3224 @item @samp{log@var{m}2}
3225 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
3226
3227 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
3228 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
3229 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3230 type @code{float}.
3231
3232 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
3233 @item @samp{pow@var{m}3}
3234 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
3235 into operand 0.
3236
3237 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
3238 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
3239 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3240 type @code{float}.
3241
3242 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
3243 @item @samp{atan2@var{m}3}
3244 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
3245 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
3246 determine the quadrant of the result.
3247
3248 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
3249 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
3250 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3251 type @code{float}.
3252
3253 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
3254 @item @samp{floor@var{m}2}
3255 Store the largest integral value not greater than argument.
3256
3257 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
3258 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
3259 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3260 type @code{float}.
3261
3262 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
3263 @item @samp{btrunc@var{m}2}
3264 Store the argument rounded to integer towards zero.
3265
3266 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
3267 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
3268 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3269 type @code{float}.
3270
3271 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
3272 @item @samp{round@var{m}2}
3273 Store the argument rounded to integer away from zero.
3274
3275 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
3276 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
3277 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3278 type @code{float}.
3279
3280 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
3281 @item @samp{ceil@var{m}2}
3282 Store the argument rounded to integer away from zero.
3283
3284 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
3285 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
3286 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3287 type @code{float}.
3288
3289 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
3290 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
3291 Store the argument rounded according to the default rounding mode
3292
3293 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
3294 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
3295 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3296 type @code{float}.
3297
3298 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
3299 @item @samp{rint@var{m}2}
3300 Store the argument rounded according to the default rounding mode and
3301 raise the inexact exception when the result differs in value from
3302 the argument
3303
3304 The @code{rint} built-in function of C always uses the mode which
3305 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{rintf}
3306 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3307 type @code{float}.
3308
3309 @cindex @code{copysign@var{m}3} instruction pattern
3310 @item @samp{copysign@var{m}3}
3311 Store a value with the magnitude of operand 1 and the sign of operand
3312 2 into operand 0.
3313
3314 The @code{copysign} built-in function of C always uses the mode which
3315 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{copysignf}
3316 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3317 type @code{float}.
3318
3319 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
3320 @item @samp{ffs@var{m}2}
3321 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
3322 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
3323 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
3324 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
3325 generating the instruction.
3326
3327 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
3328 corresponds to the C data type @code{int}.
3329
3330 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
3331 @item @samp{clz@var{m}2}
3332 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
3333 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
3334 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
3335 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
3336 operand to that mode before generating the instruction.
3337
3338 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
3339 @item @samp{ctz@var{m}2}
3340 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
3341 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
3342 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
3343 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
3344 operand to that mode before generating the instruction.
3345
3346 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
3347 @item @samp{popcount@var{m}2}
3348 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
3349 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
3350 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
3351 generating the instruction.
3352
3353 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
3354 @item @samp{parity@var{m}2}
3355 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.e.@: the number of 1-bits
3356 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
3357 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
3358 the operand to that mode before generating the instruction.
3359
3360 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
3361 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
3362 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
3363
3364 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
3365 @item @samp{cmp@var{m}}
3366 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
3367 The RTL pattern should look like this:
3368
3369 @smallexample
3370 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3371                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
3372 @end smallexample
3373
3374 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
3375 @item @samp{tst@var{m}}
3376 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
3377 The RTL pattern should look like this:
3378
3379 @smallexample
3380 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
3381 @end smallexample
3382
3383 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
3384 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
3385 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
3386 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
3387
3388 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
3389 @item @samp{movmem@var{m}}
3390 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
3391 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
3392 address in mode @code{Pmode}.
3393
3394 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
3395 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
3396 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
3397 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
3398 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
3399 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
3400 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
3401
3402 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
3403 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
3404 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
3405 it may provide the value 4 for this operand.
3406
3407 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
3408 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
3409 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
3410 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
3411 individually moved data units in the block.
3412
3413 These patterns need not give special consideration to the possibility
3414 that the source and destination strings might overlap.
3415
3416 @cindex @code{movstr} instruction pattern
3417 @item @samp{movstr}
3418 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
3419 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
3420 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
3421 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
3422 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
3423 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
3424
3425 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
3426 @item @samp{setmem@var{m}}
3427 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
3428 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
3429 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
3430 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
3431 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
3432 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
3433
3434 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
3435 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
3436 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
3437 operand.
3438
3439 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
3440
3441 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
3442 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
3443 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
3444 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
3445 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
3446 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
3447 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
3448 at a time since either string may end in the first byte and reading past
3449 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
3450 effect of the instruction is to store a value in operand 0 whose sign
3451 indicates the result of the comparison.
3452
3453 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
3454 @item @samp{cmpstr@var{m}}
3455 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
3456 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
3457 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
3458 @code{Pmode}.
3459
3460 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
3461 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
3462 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
3463 it may provide the value 4 for this operand.
3464
3465 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
3466 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
3467 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
3468 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
3469 cause a fault.  The effect of the instruction is to store a value in operand 0
3470 whose sign indicates the result of the comparison.
3471
3472 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
3473 @item @samp{cmpmem@var{m}}
3474 Block compare instruction, with five operands like the operands
3475 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
3476 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
3477 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
3478 any bytes in the two memory blocks.  The effect of the instruction is
3479 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
3480 comparison.
3481
3482 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
3483 @item @samp{strlen@var{m}}
3484 Compute the length of a string, with three operands.
3485 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
3486 a @code{mem} referring to the first character of the string,
3487 operand 2 is the character to search for (normally zero),
3488 and operand 3 is a constant describing the known alignment
3489 of the beginning of the string.
3490
3491 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
3492 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
3493 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
3494 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
3495 @var{n}).
3496
3497 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
3498 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
3499 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
3500 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
3501 @var{n}).
3502
3503 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
3504 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
3505 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3506 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
3507 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
3508 the value of operand 1 is an integer.
3509
3510 If the machine description defines this pattern, it also needs to
3511 define the @code{ftrunc} pattern.
3512
3513 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
3514 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
3515 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3516 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
3517 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
3518 value of operand 1 is an integer.
3519
3520 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
3521 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
3522 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
3523 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
3524 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
3525
3526 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
3527 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
3528 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
3529 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
3530
3531 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
3532 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
3533 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
3534 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
3535
3536 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
3537 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
3538 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
3539 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
3540 point or both floating point.
3541
3542 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
3543 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
3544 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
3545 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
3546 point or both floating point.
3547
3548 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
3549 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
3550 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
3551 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
3552 point.
3553
3554 @cindex @code{extv} instruction pattern
3555 @item @samp{extv}
3556 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
3557 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
3558 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
3559 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
3560 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
3561 be valid for @code{word_mode}.
3562
3563 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
3564 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
3565
3566 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
3567 before it is stored in operand 0.
3568
3569 @cindex @code{extzv} instruction pattern
3570 @item @samp{extzv}
3571 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
3572
3573 @cindex @code{insv} instruction pattern
3574 @item @samp{insv}
3575 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
3576 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
3577 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
3578 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
3579 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
3580
3581 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
3582 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
3583
3584 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
3585 @item @samp{mov@var{mode}cc}
3586 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
3587 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
3588 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
3589
3590 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
3591 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
3592 conditionally move an integer value based on the floating point condition
3593 codes and vice versa.
3594
3595 If the machine does not have conditional move instructions, do not
3596 define these patterns.
3597
3598 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
3599 @item @samp{add@var{mode}cc}
3600 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
3601 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
3602 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
3603 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
3604
3605 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
3606 @item @samp{s@var{cond}}
3607 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
3608 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
3609 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
3610 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
3611
3612 You specify the mode that the operand must have when you write the
3613 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
3614 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
3615
3616 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
3617 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
3618 you should omit it from the machine description.  You describe to the
3619 compiler exactly which value is stored by defining the macro
3620 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
3621 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
3622 should omit those operations from the machine description.
3623
3624 These operations may fail, but should do so only in relatively
3625 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
3626 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
3627
3628 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
3629 that copies the constant one to the target and branches around an
3630 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
3631 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
3632 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
3633 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
3634 the machine description.
3635
3636 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
3637 @item @samp{b@var{cond}}
3638 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
3639 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
3640 condition @var{cond}.
3641
3642 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
3643 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
3644 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
3645 simply store the operands away and generate all the required insns in a
3646 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
3647 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
3648 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
3649 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
3650
3651 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
3652 where the mode used for the comparison depends on the condition being
3653 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
3654
3655 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
3656 @samp{s@var{cond}} patterns.
3657
3658 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
3659 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
3660 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
3661 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
3662 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
3663 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
3664
3665 @cindex @code{jump} instruction pattern
3666 @item @samp{jump}
3667 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
3668 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
3669 on all machines.
3670
3671 @cindex @code{call} instruction pattern
3672 @item @samp{call}
3673 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
3674 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
3675 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
3676 operands.
3677
3678 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
3679 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
3680 to put this information into the assembler code; they can put it in
3681 the RTL instead of operand 1.
3682
3683 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
3684 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
3685 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
3686 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
3687 instruction, the pattern for this operation should be a
3688 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
3689 address into a register and uses that register in the call instruction.
3690
3691 @cindex @code{call_value} instruction pattern
3692 @item @samp{call_value}
3693 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
3694 register in which the value is returned.  There are three more
3695 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
3696 instruction (but with numbers increased by one).
3697
3698 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
3699 insn.
3700
3701 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
3702 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
3703 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
3704 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
3705 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
3706 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
3707 adjustment made to the frame pointer.
3708
3709 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
3710 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
3711 can be eliminated, if desired.
3712
3713 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
3714 @item @samp{untyped_call}
3715 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
3716 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
3717 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
3718 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3719 the saving of a function return value into the result block.
3720
3721 This instruction pattern should be defined to support
3722 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
3723 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
3724 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
3725 multiple registers that can hold a return value
3726 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
3727
3728 @cindex @code{return} instruction pattern
3729 @item @samp{return}
3730 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
3731 defined only if a single instruction can do all the work of returning
3732 from a function.
3733
3734 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
3735 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
3736 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
3737 some class of functions only requires one instruction to implement a
3738 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
3739 to save any registers or allocate stack space.
3740
3741 @findex reload_completed
3742 @findex leaf_function_p
3743 For such machines, the condition specified in this pattern should only
3744 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
3745 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
3746 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
3747 a register window push is required.
3748
3749 Machines that have conditional return instructions should define patterns
3750 such as
3751
3752 @smallexample
3753 (define_insn ""
3754   [(set (pc)
3755         (if_then_else (match_operator
3756                          0 "comparison_operator"
3757                          [(cc0) (const_int 0)])
3758                       (return)
3759                       (pc)))]
3760   "@var{condition}"
3761   "@dots{}")
3762 @end smallexample
3763
3764 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
3765 named @samp{return} pattern.
3766
3767 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
3768 @item @samp{untyped_return}
3769 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
3770 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
3771 instructions are needed to return a value of any type.
3772
3773 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
3774 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
3775 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3776 the restoring of a function return value from the result block.
3777
3778 @cindex @code{nop} instruction pattern
3779 @item @samp{nop}
3780 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
3781 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
3782 RTL pattern.
3783
3784 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
3785 @item @samp{indirect_jump}
3786 An instruction to jump to an address which is operand zero.
3787 This pattern name is mandatory on all machines.
3788
3789 @cindex @code{casesi} instruction pattern
3790 @item @samp{casesi}
3791 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
3792 This instruction takes five operands:
3793
3794 @enumerate
3795 @item
3796 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
3797
3798 @item
3799 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
3800
3801 @item
3802 The total range of indices in the table---the largest index
3803 minus the smallest one (both inclusive).
3804
3805 @item
3806 A label that precedes the table itself.
3807
3808 @item
3809 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
3810 @end enumerate
3811
3812 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
3813 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
3814 difference between the upper bound and the lower bound.
3815
3816 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
3817 @item @samp{tablejump}
3818 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
3819 capability which can be used to implement a dispatch table when there
3820 is no @samp{casesi} pattern.
3821
3822 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
3823 which should immediately precede the jump table.  If the macro
3824 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
3825 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
3826 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
3827 mode @code{Pmode}.
3828
3829 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
3830 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
3831 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
3832 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
3833
3834
3835 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
3836 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
3837 Conditional branch instruction that decrements a register and
3838 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
3839 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
3840 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
3841
3842 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
3843 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
3844 reduction is enabled.
3845
3846 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
3847 @item @samp{doloop_end}
3848 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
3849 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
3850 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
3851 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
3852 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
3853 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
3854 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
3855 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
3856 @xref{Looping Patterns}.
3857
3858 This optional instruction pattern should be defined for machines with
3859 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
3860 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
3861 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3862 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
3863 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
3864 too large for this instruction, make it fail.
3865
3866 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
3867 @item @samp{doloop_begin}
3868 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
3869 need to perform some initialization, such as loading special registers
3870 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
3871 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
3872 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
3873
3874
3875 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
3876 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
3877 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
3878 into operand 0.
3879
3880 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
3881 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
3882 and also has mode @code{Pmode}.
3883
3884 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
3885 the address of the function which would be called if the function
3886 pointer were used in an indirect call.
3887
3888 Only define this pattern if function pointers on the target machine
3889 can have different values but still call the same function when
3890 used in an indirect call.
3891
3892 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
3893 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
3894 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
3895 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
3896 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
3897 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
3898 @item @samp{save_stack_block}
3899 @itemx @samp{save_stack_function}
3900 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
3901 @itemx @samp{restore_stack_block}
3902 @itemx @samp{restore_stack_function}
3903 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
3904 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
3905 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
3906 such machines.
3907
3908 Some machines require special handling for stack pointer saves and
3909 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
3910 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
3911 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
3912 saves and restores are:
3913
3914 @enumerate
3915 @item
3916 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
3917 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
3918 restores the stack pointer when the block is exited.
3919
3920 @item
3921 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
3922 similar job for the outermost block of a function and are used when the
3923 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
3924 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
3925 restore sequence on some machines.
3926
3927 @item
3928 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
3929 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
3930 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
3931 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
3932 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
3933 and restoring additional data such as register window information or
3934 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
3935 such required data.
3936 @end enumerate
3937
3938 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
3939 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
3940 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
3941 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
3942 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
3943 for a particular type of save (either because no save is needed or
3944 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
3945 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
3946 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
3947 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
3948
3949 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
3950 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
3951 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
3952
3953 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
3954 @item @samp{allocate_stack}
3955 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
3956 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
3957
3958 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
3959 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
3960 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
3961 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
3962 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
3963 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
3964 stack is free.
3965
3966 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
3967 Some machines require other operations such as stack probes or
3968 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
3969 operations in addition to updating the stack pointer.
3970
3971 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
3972 @item @samp{check_stack}
3973 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
3974 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
3975 to perform the needed check and signaling an error if the stack
3976 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
3977 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
3978 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
3979 limit from a global or thread-specific variable or register.
3980
3981 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
3982 @item @samp{nonlocal_goto}
3983 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
3984 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
3985 each representing a value to be used in the jump.  The first
3986 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
3987 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
3988 the third is the address of a location where the stack is saved,
3989 and the last is the address of the label, to be placed in the
3990 location for the incoming static chain.
3991
3992 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
3993 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
3994 and static chain, restore the stack (using the
3995 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
3996 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
3997 not work on your machine.
3998
3999 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
4000 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
4001 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
4002 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
4003 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
4004 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
4005 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
4006 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
4007 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
4008 There are no arguments.
4009
4010 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
4011 @item @samp{exception_receiver}
4012 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
4013 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
4014 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
4015 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
4016 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
4017 an exception.  There are no arguments.
4018
4019 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
4020 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
4021 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
4022 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
4023 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
4024 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
4025 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
4026 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
4027 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
4028 the first three are normally used by the generic mechanism.
4029
4030 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
4031 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
4032 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
4033 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
4034 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
4035 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
4036 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
4037 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
4038 at a small offset from that label.
4039
4040 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
4041 @item @samp{builtin_longjmp}
4042 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
4043 You will not normally need to define this pattern unless you also define
4044 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
4045 @code{jmp_buf}.
4046
4047 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
4048 @item @samp{eh_return}
4049 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
4050 and thence the call frame exception handling library routines, are
4051 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
4052 the abnormal return path.
4053
4054 The address of the exception handler to which the function should return
4055 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
4056 the pattern to some special register or memory location.
4057 If the pattern needs to determine the location of the target call
4058 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
4059 if defined; it will have already been assigned.
4060
4061 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
4062 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
4063 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
4064 handling is to be used.
4065
4066 @cindex @code{prologue} instruction pattern
4067 @anchor{prologue instruction pattern}
4068 @item @samp{prologue}
4069 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
4070 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
4071 pointer register, saving callee saved registers, etc.
4072
4073 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
4074 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
4075
4076 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
4077 instruction scheduling.
4078
4079 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
4080 @anchor{epilogue instruction pattern}
4081 @item @samp{epilogue}
4082 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
4083 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
4084 registers and emitting the return instruction.
4085
4086 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
4087 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
4088
4089 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
4090 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
4091
4092 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
4093 @item @samp{sibcall_epilogue}
4094 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
4095 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
4096 sibling call (aka tail call) sites.
4097
4098 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
4099 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
4100 function.
4101
4102 @cindex @code{trap} instruction pattern
4103 @item @samp{trap}
4104 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
4105 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
4106 front end to signal `invalid array index' exceptions.
4107
4108 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
4109 @item @samp{conditional_trap}
4110 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
4111 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
4112
4113 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
4114
4115 @smallexample
4116 (define_insn "conditional_trap"
4117   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
4118              [(cc0) (const_int 0)])
4119             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
4120   ""
4121   "@dots{}")
4122 @end smallexample
4123
4124 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
4125 @item @samp{prefetch}
4126
4127 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
4128 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
4129 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
4130 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
4131 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
4132 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
4133 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
4134 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
4135 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
4136
4137 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
4138 the values of operands 1 and 2.
4139
4140 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
4141 @item @samp{memory_barrier}
4142
4143 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
4144 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
4145 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
4146 This pattern has no operands.
4147
4148 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
4149 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
4150
4151 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
4152 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
4153 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
4154 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
4155 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
4156 of the operation; it should contain the contents of the memory
4157 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
4158 a copy of operand 2.
4159
4160 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
4161
4162 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
4163 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
4164 operation and all memory operations after the atomic operation occur
4165 after the atomic operation.
4166
4167 @cindex @code{sync_compare_and_swap_cc@var{mode}} instruction pattern
4168 @item @samp{sync_compare_and_swap_cc@var{mode}}
4169
4170 This pattern is just like @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}, except
4171 it should act as if compare part of the compare-and-swap were issued via
4172 @code{cmp@var{m}}.  This comparison will only be used with @code{EQ} and
4173 @code{NE} branches and @code{setcc} operations.
4174
4175 Some targets do expose the success or failure of the compare-and-swap
4176 operation via the status flags.  Ideally we wouldn't need a separate
4177 named pattern in order to take advantage of this, but the combine pass
4178 does not handle patterns with multiple sets, which is required by
4179 definition for @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}.
4180
4181 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
4182 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
4183 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
4184 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
4185 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
4186 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
4187 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
4188 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
4189 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
4190
4191 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
4192 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
4193 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
4194
4195 The ``nand'' operation is @code{~op0 & op1}.
4196
4197 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
4198 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
4199 operation and all memory operations after the atomic operation occur
4200 after the atomic operation.
4201
4202 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
4203 from a compare-and-swap operation, if defined.
4204
4205 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
4206 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
4207 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
4208 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
4209 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
4210 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
4211 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
4212 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
4213 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
4214
4215 These patterns are emit code for an atomic operation on memory,
4216 and return the value that the memory contained before the operation.
4217 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
4218 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
4219 to the binary operator.
4220
4221 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
4222 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
4223 operation and all memory operations after the atomic operation occur
4224 after the atomic operation.
4225
4226 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
4227 from a compare-and-swap operation, if defined.
4228
4229 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
4230 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
4231 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
4232 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
4233 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
4234 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
4235 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
4236 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
4237 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
4238
4239 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
4240 except that they return the value that exists in the memory location
4241 after the operation, rather than before the operation.
4242
4243 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
4244 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
4245
4246 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
4247 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
4248 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
4249 is the value to set in the lock.
4250
4251 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
4252 which the previous value in memory operand is copied into the result
4253 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
4254
4255 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
4256 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
4257 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
4258 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
4259 The true contents of the memory operand are implementation defined.
4260
4261 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
4262 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
4263 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
4264
4265 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
4266 a compare-and-swap operation, if defined.
4267
4268 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
4269 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
4270
4271 This pattern, if defined, releases a lock set by
4272 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
4273 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
4274
4275 If the target doesn't implement full semantics for
4276 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
4277 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
4278 of the memory operand are implementation defined.
4279
4280 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
4281 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
4282 released only after all previous memory operations have completed.
4283
4284 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
4285 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
4286
4287 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
4288 @item @samp{stack_protect_set}
4289
4290 This pattern, if defined, moves a @code{Pmode} value from the memory
4291 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
4292 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
4293 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
4294 having clobbered it.
4295
4296 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
4297
4298 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
4299 @item @samp{stack_protect_test}
4300
4301 This pattern, if defined, compares a @code{Pmode} value from the
4302 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
4303 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
4304 weren't equal.
4305
4306 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
4307 conditional branch pattern is used.
4308
4309 @end table
4310
4311 @end ifset
4312 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
4313 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
4314 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
4315 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
4316 @ifset INTERNALS
4317 @node Pattern Ordering
4318 @section When the Order of Patterns Matters
4319 @cindex Pattern Ordering
4320 @cindex Ordering of Patterns
4321
4322 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
4323 pattern that appears first in the machine description is the one used.
4324 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
4325 and faster instructions (those that will produce better code when they
4326 do match) should usually go first in the description.
4327
4328 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
4329 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
4330 instruction for converting a fullword to floating point and another
4331 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
4332 an integer to floating point could match either one.  We put the
4333 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
4334 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
4335 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
4336 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
4337 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
4338 constant value.
4339
4340 @end ifset
4341 @ifset INTERNALS
4342 @node Dependent Patterns
4343 @section Interdependence of Patterns
4344 @cindex Dependent Patterns
4345 @cindex Interdependence of Patterns
4346
4347 Every machine description must have a named pattern for each of the
4348 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
4349 must always have the form
4350
4351 @smallexample
4352 (set (pc)
4353      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
4354                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
4355                    (pc)))
4356 @end smallexample
4357
4358 @noindent
4359 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
4360 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
4361 look like
4362
4363 @smallexample
4364 (set (pc)
4365      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
4366                    (pc)
4367                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
4368 @end smallexample
4369
4370 @noindent
4371 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
4372 branches into reverse-conditional branches.
4373
4374 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
4375 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
4376 example,
4377
4378 @smallexample
4379 (define_insn ""
4380   [(set (pc)
4381         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
4382                                       [(cc0) (const_int 0)])
4383                       (pc)
4384                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
4385   "@var{condition}"
4386   "@dots{}")
4387 @end smallexample
4388
4389 In some cases machines support instructions identical except for the
4390 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
4391 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
4392 patterns are
4393
4394 @smallexample
4395 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
4396      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
4397
4398 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
4399      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
4400 @end smallexample
4401
4402 @noindent
4403 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
4404 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
4405 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
4406 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
4407 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
4408 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
4409
4410 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
4411 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
4412 compilations.
4413
4414 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
4415 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
4416 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
4417 you should not provide separate patterns for increment and decrement
4418 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
4419 that supports register-register add insns by examining the operands and
4420 generating the appropriate machine instruction.
4421
4422 @end ifset
4423 @ifset INTERNALS
4424 @node Jump Patterns
4425 @section Defining Jump Instruction Patterns
4426 @cindex jump instruction patterns
4427 @cindex defining jump instruction patterns
4428
4429 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
4430 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
4431 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
4432 insn tests the condition code and branches or not according its value.
4433 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
4434 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
4435 way.
4436
4437 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
4438 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
4439 these machines is to treat them just like the others until the final stage
4440 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
4441 compare instruction, peek ahead at the following branch using
4442 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
4443 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
4444 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
4445 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
4446 can treat signed and unsigned branches identically.
4447
4448 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
4449 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
4450 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
4451 until the end.
4452
4453 To go with this technique, you must define the machine-description macro
4454 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
4455 compare instruction is superfluous.
4456
4457 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
4458 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
4459 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
4460 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
4461 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
4462
4463 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
4464 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
4465 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
4466 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
4467 above in addition to any special patterns you define.
4468
4469 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
4470 code and there may not even be a separate condition code register.  On
4471 these machines, the restriction that the definition and use of the
4472 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
4473 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
4474 delay for taken branches unless the condition code register is set three
4475 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
4476 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
4477 separate the definition and use of the condition code register.
4478
4479 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
4480 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
4481 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
4482 comparison result can be placed in any general register, or if there are
4483 multiple condition registers, use a pseudo register.
4484
4485 @findex prev_cc0_setter
4486 @findex next_cc0_user
4487 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
4488 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
4489 SPARC, setting the condition code directly from an add or subtract
4490 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
4491 instruction does, so a different branch instruction must be used for
4492 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
4493 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
4494 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
4495 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
4496 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
4497 and @code{next_cc0_user}.
4498
4499 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
4500 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
4501 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
4502 we use the machine mode of the condition code register to record
4503 different formats of the condition code register.
4504
4505 Registers used to store the condition code value should have a mode that
4506 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
4507 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
4508 the SPARC), define them in @file{@var{machine}-modes.def}
4509 (@pxref{Condition Code}).  Also define @code{SELECT_CC_MODE} to choose
4510 a mode given an operand of a compare.
4511
4512 If it is known during RTL generation that a different mode will be
4513 required (for example, if the machine has separate compare instructions
4514 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
4515 be specified at that time.
4516
4517 If the cases that require different modes would be made by instruction
4518 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
4519 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
4520 written using that mode.  To support the case of the add on the SPARC
4521 discussed above, we have the pattern
4522
4523 @smallexample
4524 (define_insn ""
4525   [(set (reg:CC_NOOV 0)
4526         (compare:CC_NOOV
4527           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
4528                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
4529           (const_int 0)))]
4530   ""
4531   "@dots{}")
4532 @end smallexample
4533
4534 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the SPARC returns @code{CC_NOOVmode}
4535 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
4536
4537 @end ifset
4538 @ifset INTERNALS
4539 @node Looping Patterns
4540 @section Defining Looping Instruction Patterns
4541 @cindex looping instruction patterns
4542 @cindex defining looping instruction patterns
4543
4544 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
4545 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
4546 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
4547 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
4548 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
4549 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
4550 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
4551 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
4552 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
4553 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
4554 the jump.
4555
4556 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
4557 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
4558 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
4559 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
4560 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
4561 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
4562 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
4563 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
4564 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
4565 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
4566 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
4567 following for its @code{dbra} instruction:
4568
4569 @smallexample
4570 @group
4571 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
4572   [(set (pc)
4573         (if_then_else
4574           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
4575                        (const_int -1))
4576               (const_int 0))
4577           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
4578           (pc)))
4579    (set (match_dup 0)
4580         (plus:SI (match_dup 0)
4581                  (const_int -1)))]
4582   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
4583   "@dots{}")
4584 @end group
4585 @end smallexample
4586
4587 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
4588 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
4589 since this insn is generated by the instruction combination phase
4590 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
4591 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
4592 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
4593 pattern will not be matched by the combiner.
4594
4595 @smallexample
4596 @group
4597 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
4598   [(set (pc)
4599         (if_then_else
4600           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
4601               (const_int 1))
4602           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
4603           (pc)))
4604    (set (match_dup 0)
4605         (plus:SI (match_dup 0)
4606                  (const_int -1)))]
4607   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
4608   "@dots{}")
4609 @end group
4610 @end smallexample
4611
4612 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
4613 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
4614 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
4615 information collected during strength reduction.
4616
4617 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
4618 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
4619 is an optional companion pattern that can be used for initialization
4620 needed for some low-overhead looping instructions.
4621
4622 Note that some machines require the actual looping instruction to be
4623 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
4624 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
4625 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
4626 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
4627 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
4628 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
4629 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
4630 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
4631 desired special iteration counter register was not allocated, this
4632 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
4633 instruction pair.
4634
4635 The essential difference between the
4636 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
4637 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
4638 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
4639 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
4640 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
4641 may become redundant and removed by the flow pass.
4642
4643
4644 @end ifset
4645 @ifset INTERNALS
4646 @node Insn Canonicalizations
4647 @section Canonicalization of Instructions
4648 @cindex canonicalization of instructions
4649 @cindex insn canonicalization
4650
4651 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
4652 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
4653 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
4654 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
4655 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
4656 number of insn patterns required.
4657
4658 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
4659 are performed:
4660
4661 @itemize @bullet
4662 @item
4663 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
4664 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
4665 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
4666 be supplied.
4667
4668 @item
4669 For associative operators, a sequence of operators will always chain
4670 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
4671 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
4672 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
4673 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
4674 floating-point.
4675
4676 @item
4677 @cindex @code{neg}, canonicalization of
4678 @cindex @code{not}, canonicalization of
4679 @cindex @code{mult}, canonicalization of
4680 @cindex @code{plus}, canonicalization of
4681 @cindex @code{minus}, canonicalization of
4682 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
4683 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
4684 first operand.
4685
4686 @item
4687 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
4688 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
4689 the operations as far as possible.  For instance,
4690 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
4691 @code{(plus (mult (neg A) B) C)} is canonicalized as
4692 @code{(minus A (mult B C))}.
4693
4694 @cindex @code{compare}, canonicalization of
4695 @item
4696 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
4697 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
4698 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
4699 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
4700 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
4701 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
4702 such an instruction.
4703
4704 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
4705 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
4706 above.
4707
4708 @item
4709 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
4710 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
4711
4712 @item
4713 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
4714 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
4715
4716 @cindex @code{ior}, canonicalization of
4717 @cindex @code{and}, canonicalization of
4718 @cindex De Morgan's law
4719 @item
4720 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
4721 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
4722 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
4723
4724 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
4725 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
4726 for that instruction as
4727
4728 @smallexample
4729 (define_insn ""
4730   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
4731         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
4732                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
4733   "@dots{}"
4734   "@dots{}")
4735 @end smallexample
4736
4737 @noindent
4738 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
4739
4740 @smallexample
4741 (define_insn ""
4742   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
4743         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
4744                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
4745   "@dots{}"
4746   "@dots{}")
4747 @end smallexample
4748
4749 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
4750 logically equivalent RTL expressions.
4751
4752 @cindex @code{xor}, canonicalization of
4753 @item
4754 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
4755 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
4756 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
4757
4758 @item
4759 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
4760 the form
4761
4762 @smallexample
4763 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
4764 @end smallexample
4765
4766 @item
4767 On machines that do not use @code{cc0},
4768 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
4769 @var{x}.
4770
4771 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
4772 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
4773 @item
4774 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
4775 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
4776 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
4777
4778 @end itemize
4779
4780 @end ifset
4781 @ifset INTERNALS
4782 @node Expander Definitions
4783 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
4784 @cindex expander definitions
4785 @cindex code generation RTL sequences
4786 @cindex defining RTL sequences for code generation
4787
4788 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
4789 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
4790 represent them.  For these target machines, you can write a
4791 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
4792
4793 @findex define_expand
4794 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
4795 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
4796 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
4797
4798 A @code{define_expand} RTX has four operands:
4799
4800 @itemize @bullet
4801 @item
4802 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
4803 use for it is to refer to it by name.
4804
4805 @item
4806 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
4807 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
4808 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
4809
4810 @item
4811 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
4812 used to express how the availability of this pattern depends on
4813 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
4814 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
4815 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
4816 depend on the data in the insn being matched, but only the
4817 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
4818 during initialization in order to learn exactly which named instructions
4819 are available in a particular run.
4820
4821 @item
4822 The preparation statements, a string containing zero or more C
4823 statements which are to be executed before RTL code is generated from
4824 the RTL template.
4825
4826 Usually these statements prepare temporary registers for use as
4827 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
4828 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
4829 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
4830 @end itemize
4831
4832 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
4833 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
4834 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
4835 it.
4836
4837 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
4838 also describes the operands that need to be specified when this pattern
4839 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
4840
4841 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
4842 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
4843 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
4844 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
4845 information to preload the operand into a register if that is required for
4846 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
4847 references should use @code{match_dup}.
4848
4849 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
4850 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
4851 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
4852 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
4853 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
4854 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
4855 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
4856 compute the values and store them into the appropriate elements of
4857 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
4858
4859 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
4860 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
4861 as a statement.
4862
4863 @table @code
4864
4865 @findex DONE
4866 @item DONE
4867 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
4868 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
4869 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
4870 preparation statements; the RTL template will not be generated.
4871
4872 @findex FAIL
4873 @item FAIL
4874 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
4875 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
4876 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
4877
4878 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
4879 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
4880 operations.
4881 @end table
4882
4883 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
4884 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
4885 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
4886 insn.
4887
4888 The RTL template is not used for matching, only for generating the
4889 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
4890 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
4891 list of operands, such as this example:
4892
4893 @smallexample
4894 @group
4895 (define_expand "addsi3"
4896   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4897    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4898    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
4899 @end group
4900 @group
4901   ""
4902   "
4903 @{
4904   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
4905   DONE;
4906 @}")
4907 @end group
4908 @end smallexample
4909
4910 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
4911
4912 @smallexample
4913 @group
4914 (define_expand "ashlsi3"
4915   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4916         (ashift:SI
4917 @end group
4918 @group
4919           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4920           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
4921   ""
4922   "
4923 @end group
4924 @end smallexample
4925
4926 @smallexample
4927 @group
4928 @{
4929   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
4930       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
4931     FAIL;
4932 @}")
4933 @end group
4934 @end smallexample
4935
4936 @noindent
4937 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
4938 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
4939 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
4940 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
4941 library call).
4942
4943 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
4944 patterns with names, then it would be possible to use a
4945 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
4946 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
4947
4948 @smallexample
4949 (define_expand "zero_extendhisi2"
4950   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
4951         (const_int 0))
4952    (set (strict_low_part
4953           (subreg:HI
4954             (match_dup 0)
4955             0))
4956         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
4957   ""
4958   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
4959 @end smallexample
4960
4961 @noindent
4962 @findex make_safe_from
4963 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
4964 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
4965 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
4966 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
4967 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
4968 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
4969 by emitting another RTL insn.
4970
4971 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
4972 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
4973 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
4974 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
4975 on this machine.  So it must be copied into a register with
4976 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
4977
4978 @smallexample
4979 (define_expand "zero_extendhisi2"
4980   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4981         (and:SI (subreg:SI
4982                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
4983                   0)
4984                 (match_dup 2)))]
4985   ""
4986   "operands[2]
4987      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
4988 @end smallexample
4989
4990 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
4991 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
4992 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
4993 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
4994 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
4995 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
4996 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
4997 in the compiler.
4998
4999 @end ifset
5000 @ifset INTERNALS
5001 @node Insn Splitting
5002 @section Defining How to Split Instructions
5003 @cindex insn splitting
5004 @cindex instruction splitting
5005 @cindex splitting instructions
5006
5007 There are two cases where you should specify how to split a pattern
5008 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
5009 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
5010 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
5011 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
5012 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
5013 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
5014 cannot be placed into a delay slot.
5015
5016 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
5017 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
5018 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
5019 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
5020 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
5021 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
5022 scheduling.
5023
5024 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
5025 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
5026 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
5027 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
5028 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
5029 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
5030 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
5031 split the addition into two insns is machine-dependent.
5032
5033 @findex define_split
5034 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
5035 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
5036
5037 @smallexample
5038 (define_split
5039   [@var{insn-pattern}]
5040   "@var{condition}"
5041   [@var{new-insn-pattern-1}
5042    @var{new-insn-pattern-2}
5043    @dots{}]
5044   "@var{preparation-statements}")
5045 @end smallexample
5046
5047 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
5048 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
5049 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
5050 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
5051 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
5052 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
5053
5054 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
5055 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
5056 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
5057 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
5058 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
5059 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
5060 must not allocate any space in the stack frame.
5061
5062 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
5063 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
5064 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
5065 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
5066 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
5067 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
5068 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
5069 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
5070 of those definitions.
5071
5072 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
5073 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
5074 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
5075
5076 @smallexample
5077 (define_split
5078   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
5079         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
5080   ""
5081   [(set (match_dup 0)
5082         (ashift:SI (match_dup 1)
5083                    (const_int 16)))
5084    (set (match_dup 0)
5085         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
5086                      (const_int 16)))]
5087   "
5088 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
5089 @end smallexample
5090
5091 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
5092 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
5093 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
5094 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
5095 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
5096 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
5097 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
5098 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
5099 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
5100 @code{define_split} that will never produce insns that match).
5101
5102 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
5103 @file{rs6000.md}:
5104
5105 @smallexample
5106 (define_split
5107   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
5108         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
5109                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
5110   ""
5111   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
5112    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
5113 "
5114 @{
5115   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
5116   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
5117
5118   if (low & 0x8000)
5119     high++, low |= 0xffff0000;
5120
5121   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
5122   operands[4] = GEN_INT (low);
5123 @}")
5124 @end smallexample
5125
5126 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
5127 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
5128 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
5129 can be substituted into the address of a subsequent operation.
5130
5131 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
5132 an equality comparison of a register and a large constant:
5133
5134 @smallexample
5135 (define_split
5136   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
5137         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
5138                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
5139    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
5140   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
5141    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
5142        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
5143   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
5144    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
5145   "
5146 @{
5147   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
5148      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
5149      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
5150
5151   int c = INTVAL (operands[2]);
5152   int sextc = (c << 16) >> 16;
5153   int xorv = c ^ sextc;
5154
5155   operands[4] = GEN_INT (xorv);
5156   operands[5] = GEN_INT (sextc);
5157 @}")
5158 @end smallexample
5159
5160 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
5161 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
5162 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
5163 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
5164 are not valid.
5165
5166 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
5167 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
5168 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
5169 several restriction apply.
5170
5171 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
5172 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
5173 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
5174 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
5175 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
5176 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
5177 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
5178 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
5179 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
5180 forward jumps to the newly created labels.
5181
5182 @findex define_insn_and_split
5183 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
5184 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
5185 this:
5186
5187 @smallexample
5188 (define_insn_and_split
5189   [@var{insn-pattern}]
5190   "@var{condition}"
5191   "@var{output-template}"
5192   "@var{split-condition}"
5193   [@var{new-insn-pattern-1}
5194    @var{new-insn-pattern-2}
5195    @dots{}]
5196   "@var{preparation-statements}"
5197   [@var{insn-attributes}])
5198
5199 @end smallexample
5200
5201 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
5202 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
5203 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
5204 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
5205 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
5206 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
5207 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
5208 from i386.md:
5209
5210 @smallexample
5211 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
5212   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
5213      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
5214    (clobber (reg:CC 17))]
5215   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
5216   "#"
5217   "&& reload_completed"
5218   [(parallel [(set (match_dup 0)
5219                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
5220               (clobber (reg:CC 17))])]
5221   ""
5222   [(set_attr "type" "alu1")])
5223
5224 @end smallexample
5225
5226 In this case, the actual split condition will be
5227 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
5228
5229 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
5230 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
5231 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
5232 having to ensure the two patterns' templates match.
5233
5234 @end ifset
5235 @ifset INTERNALS
5236 @node Including Patterns
5237 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
5238 @cindex insn includes
5239
5240 @findex include
5241 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
5242 look for patterns that are in files other than in the file
5243 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
5244
5245 It looks like:
5246
5247 @smallexample
5248
5249 (include
5250   @var{pathname})
5251 @end smallexample
5252
5253 For example:
5254
5255 @smallexample
5256
5257 (include "filestuff")
5258
5259 @end smallexample
5260
5261 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
5262 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
5263 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
5264
5265
5266 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
5267 and placed into subdirectories.
5268
5269 By specifying:
5270
5271 @smallexample
5272
5273 (include "BOGUS/filestuff")
5274
5275 @end smallexample
5276
5277 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
5278
5279 Specifying an absolute path for the include file such as;
5280 @smallexample
5281
5282 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
5283
5284 @end smallexample
5285 is permitted but is not encouraged.
5286
5287 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
5288 @cindex directory options .md
5289 @cindex options, directory search
5290 @cindex search options
5291
5292 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
5293 For example:
5294
5295 @smallexample
5296
5297 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
5298
5299 @end smallexample
5300
5301
5302 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
5303 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
5304 file, substituting your own version, since these directories are
5305 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
5306 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
5307 order; the standard default directory come after.
5308
5309
5310 @end ifset
5311 @ifset INTERNALS
5312 @node Peephole Definitions
5313 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
5314 @cindex peephole optimizer definitions
5315 @cindex defining peephole optimizers
5316
5317 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
5318 definitions of machine-specific peephole optimizations.
5319
5320 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
5321 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
5322 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
5323 though the second one does not appear to use a register computed in the
5324 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
5325 opportunities.
5326
5327 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
5328 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
5329 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
5330 is deprecated.
5331
5332 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
5333 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
5334 but before scheduling, which may result in much better code for
5335 targets that do scheduling.
5336
5337 @menu
5338 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
5339 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
5340 @end menu
5341
5342 @end ifset
5343 @ifset INTERNALS
5344 @node define_peephole
5345 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
5346 @findex define_peephole
5347
5348 @need 1000
5349 A definition looks like this:
5350
5351 @smallexample
5352 (define_peephole
5353   [@var{insn-pattern-1}
5354    @var{insn-pattern-2}
5355    @dots{}]
5356   "@var{condition}"
5357   "@var{template}"
5358   "@var{optional-insn-attributes}")
5359 @end smallexample
5360
5361 @noindent
5362 The last string operand may be omitted if you are not using any
5363 machine-specific information in this machine description.  If present,
5364 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
5365
5366 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
5367 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
5368 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
5369 the next, and so on.
5370
5371 Each of the insns matched by a peephole must also match a
5372 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
5373 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
5374 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
5375 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
5376 stages.
5377
5378 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
5379 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
5380 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
5381 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
5382 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
5383 other.
5384
5385 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
5386 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
5387 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
5388 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
5389 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
5390
5391 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
5392 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
5393 previously tested.
5394
5395 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
5396 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
5397 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
5398 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
5399 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
5400 patterns.
5401
5402 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
5403 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
5404 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
5405 the operands.
5406
5407 @findex prev_active_insn
5408 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
5409 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
5410 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
5411 to refer to the last of the insns being matched; use
5412 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
5413
5414 @findex dead_or_set_p
5415 When optimizing computations with intermediate results, you can use
5416 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
5417 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
5418 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
5419 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
5420 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
5421 value (from @code{operands[@var{i}]}).
5422
5423 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
5424 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
5425 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
5426 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
5427 used in matching the original sequence of insns.
5428
5429 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
5430 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
5431 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
5432 as the insn pattern to control how the insn is output.
5433
5434 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
5435 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
5436
5437 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
5438
5439 @smallexample
5440 (define_peephole
5441   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
5442    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
5443         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
5444   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
5445 @{
5446   rtx xoperands[2];
5447   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
5448 #ifdef MOTOROLA
5449   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
5450   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
5451   return "fmove.d (sp)+,%0";
5452 #else
5453   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
5454   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
5455   return "fmoved sp@@+,%0";
5456 #endif
5457 @})
5458 @end smallexample
5459
5460 @need 1000
5461 The effect of this optimization is to change
5462
5463 @smallexample
5464 @group
5465 jbsr _foobar
5466 addql #4,sp
5467 movel d1,sp@@-
5468 movel d0,sp@@-
5469 fmoved sp@@+,fp0
5470 @end group
5471 @end smallexample
5472
5473 @noindent
5474 into
5475
5476 @smallexample
5477 @group
5478 jbsr _foobar
5479 movel d1,sp@@
5480 movel d0,sp@@-
5481 fmoved sp@@+,fp0
5482 @end group
5483 @end smallexample
5484
5485 @ignore
5486 @findex CC_REVERSED
5487 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
5488 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
5489 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
5490 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
5491 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
5492 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
5493 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
5494 and in this C code check the condition code status flags and change the
5495 assembler code as appropriate.
5496 @end ignore
5497
5498 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
5499 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
5500 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
5501 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
5502 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
5503 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
5504 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
5505 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
5506 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
5507
5508 @smallexample
5509 (define_insn "divmodsi4"
5510   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
5511         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
5512                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
5513    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
5514         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
5515   "TARGET_68020"
5516   "divsl%.l %2,%3:%0")
5517 @end smallexample
5518
5519 @noindent
5520 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
5521
5522 @smallexample
5523 (define_peephole
5524   [@dots{}
5525    (parallel
5526     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
5527           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
5528                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
5529      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
5530           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
5531    @dots{}]
5532   @dots{})
5533 @end smallexample
5534
5535 @end ifset
5536 @ifset INTERNALS
5537 @node define_peephole2
5538 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
5539 @findex define_peephole2
5540
5541 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
5542 substitute one sequence of instructions for another sequence,
5543 what additional scratch registers may be needed and what their
5544 lifetimes must be.
5545
5546 @smallexample
5547 (define_peephole2
5548   [@var{insn-pattern-1}
5549    @var{insn-pattern-2}
5550    @dots{}]
5551   "@var{condition}"
5552   [@var{new-insn-pattern-1}
5553    @var{new-insn-pattern-2}
5554    @dots{}]
5555   "@var{preparation-statements}")
5556 @end smallexample
5557
5558 The definition is almost identical to @code{define_split}
5559 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
5560 single instruction, but a sequence of instructions.
5561
5562 It is possible to request additional scratch registers for use in the
5563 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
5564 will simply not match.
5565
5566 @findex match_scratch
5567 @findex match_dup
5568 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
5569 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
5570 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
5571 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
5572 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
5573 at which the register must be available.
5574
5575 Here is an example from the IA-32 machine description:
5576
5577 @smallexample
5578 (define_peephole2
5579   [(match_scratch:SI 2 "r")
5580    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5581                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
5582                      [(match_dup 0)
5583                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
5584               (clobber (reg:CC 17))])]
5585   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
5586   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
5587    (parallel [(set (match_dup 0)
5588                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
5589               (clobber (reg:CC 17))])]
5590   "")
5591 @end smallexample
5592
5593 @noindent
5594 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
5595 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
5596 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
5597 to be live only at the point just before the arithmetic.
5598
5599 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
5600 so here's a silly made-up example:
5601
5602 @smallexample
5603 (define_peephole2
5604   [(match_scratch:SI 4 "r")
5605    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
5606    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
5607    (match_dup 4)
5608    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
5609   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
5610   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
5611    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
5612    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
5613    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
5614   "")
5615 @end smallexample
5616
5617 @noindent
5618 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
5619 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
5620 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
5621
5622 @end ifset
5623 @ifset INTERNALS
5624 @node Insn Attributes
5625 @section Instruction Attributes
5626 @cindex insn attributes
5627 @cindex instruction attributes
5628
5629 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
5630 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
5631 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
5632 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
5633 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
5634 to track the condition codes.
5635
5636 @menu
5637 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
5638 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
5639 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
5640 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
5641 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
5642 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
5643 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
5644 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
5645 @end menu
5646
5647 @end ifset
5648 @ifset INTERNALS
5649 @node Defining Attributes
5650 @subsection Defining Attributes and their Values
5651 @cindex defining attributes and their values
5652 @cindex attributes, defining
5653
5654 @findex define_attr
5655 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
5656 by the target machine.  It looks like:
5657
5658 @smallexample
5659 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
5660 @end smallexample
5661
5662 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
5663
5664 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
5665 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
5666 indicate that the attribute takes numeric values.
5667
5668 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
5669 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
5670 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
5671 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
5672 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
5673
5674 @findex insn-attr.h
5675 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
5676 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
5677 specified for an attribute, the following are defined:
5678
5679 @itemize @bullet
5680 @item
5681 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
5682
5683 @item
5684 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
5685 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
5686 the attribute name and value are first converted to uppercase.
5687
5688 @item
5689 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
5690 returns the attribute value for that insn.
5691 @end itemize
5692
5693 For example, if the following is present in the @file{md} file:
5694
5695 @smallexample
5696 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
5697 @end smallexample
5698
5699 @noindent
5700 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
5701
5702 @smallexample
5703 #define HAVE_ATTR_type
5704 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
5705                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
5706 extern enum attr_type get_attr_type ();
5707 @end smallexample
5708
5709 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
5710 defined and the function to obtain the attribute's value will return
5711 @code{int}.
5712
5713 @end ifset
5714 @ifset INTERNALS
5715 @node Expressions
5716 @subsection Attribute Expressions
5717 @cindex attribute expressions
5718
5719 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
5720 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
5721 Attribute value expressions must have one of the following forms:
5722
5723 @table @code
5724 @cindex @code{const_int} and attributes
5725 @item (const_int @var{i})
5726 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
5727 must be non-negative.
5728
5729 The value of a numeric attribute can be specified either with a
5730 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
5731 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
5732 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
5733 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
5734
5735 @cindex @code{const_string} and attributes
5736 @item (const_string @var{value})
5737 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
5738 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
5739 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
5740 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
5741 of a @code{define_attr}.
5742
5743 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
5744 must be a string containing a non-negative integer (normally
5745 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
5746 contain one of the valid values for the attribute.
5747
5748 @cindex @code{if_then_else} and attributes
5749 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
5750 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
5751 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
5752 otherwise it is @var{false-value}.
5753
5754 @cindex @code{cond} and attributes
5755 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
5756 The first operand of this expression is a vector containing an even
5757 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
5758 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
5759 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
5760 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
5761 expression is that of the @var{default} expression.
5762 @end table
5763
5764 @var{test} expressions can have one of the following forms:
5765
5766 @table @code
5767 @cindex @code{const_int} and attribute tests
5768 @item (const_int @var{i})
5769 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
5770
5771 @cindex @code{not} and attributes
5772 @cindex @code{ior} and attributes
5773 @cindex @code{and} and attributes
5774 @item (not @var{test})
5775 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
5776 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
5777 These tests are true if the indicated logical function is true.
5778
5779 @cindex @code{match_operand} and attributes
5780 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
5781 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
5782 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
5783 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
5784 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
5785 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
5786 string).
5787
5788 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
5789
5790 @cindex @code{le} and attributes
5791 @cindex @code{leu} and attributes
5792 @cindex @code{lt} and attributes
5793 @cindex @code{gt} and attributes
5794 @cindex @code{gtu} and attributes
5795 @cindex @code{ge} and attributes
5796 @cindex @code{geu} and attributes
5797 @cindex @code{ne} and attributes
5798 @cindex @code{eq} and attributes
5799 @cindex @code{plus} and attributes
5800 @cindex @code{minus} and attributes
5801 @cindex @code{mult} and attributes
5802 @cindex @code{div} and attributes
5803 @cindex @code{mod} and attributes
5804 @cindex @code{abs} and attributes
5805 @cindex @code{neg} and attributes
5806 @cindex @code{ashift} and attributes
5807 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
5808 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
5809 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
5810 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
5811 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
5812 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
5813 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
5814 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
5815 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
5816 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
5817 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
5818 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
5819 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
5820 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
5821 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
5822 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
5823 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
5824
5825 @findex get_attr
5826 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
5827 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
5828 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
5829 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
5830 variable.
5831
5832 @findex eq_attr
5833 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
5834 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
5835
5836 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
5837 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
5838 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
5839 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
5840 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
5841 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
5842 @emph{not} in the specified list.
5843
5844 For example,
5845
5846 @smallexample
5847 (eq_attr "type" "load,store")
5848 @end smallexample
5849
5850 @noindent
5851 is equivalent to
5852
5853 @smallexample
5854 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
5855 @end smallexample
5856
5857 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
5858 value of the compiler variable @code{which_alternative}
5859 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
5860 example,
5861
5862 @smallexample
5863 (eq_attr "alternative" "2,3")
5864 @end smallexample
5865
5866 @noindent
5867 is equivalent to
5868
5869 @smallexample
5870 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
5871      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
5872 @end smallexample
5873
5874 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
5875 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
5876 a particular pattern.  This is by far the most common case.
5877
5878 @findex attr_flag
5879 @item (attr_flag @var{name})
5880 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
5881 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
5882 scheduled.
5883
5884 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
5885 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
5886 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
5887 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
5888 if a conditional branch is expected to be taken.
5889
5890 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
5891 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
5892
5893 This example describes a conditional branch delay slot which
5894 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
5895 for backward branches which are not taken (annul-false).
5896
5897 @smallexample
5898 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
5899   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
5900    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
5901         (attr_flag "forward"))
5902    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
5903         (attr_flag "backward"))])
5904 @end smallexample
5905
5906 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
5907 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5908
5909 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
5910 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5911 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
5912 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5913
5914 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
5915 meaning to other passes of the compiler.
5916
5917 @findex attr
5918 @item (attr @var{name})
5919 The value of another attribute is returned.  This is most useful
5920 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
5921 produce more efficient code for non-numeric attributes.
5922 @end table
5923
5924 @end ifset
5925 @ifset INTERNALS
5926 @node Tagging Insns
5927 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
5928 @cindex tagging insns
5929 @cindex assigning attribute values to insns
5930
5931 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
5932 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
5933 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
5934 have an optional last argument to specify the values of attributes for
5935 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
5936 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
5937 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
5938 permits the specification of the values for only one or two attributes
5939 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
5940 next section.
5941
5942 The optional last argument of @code{define_insn} and
5943 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
5944 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
5945 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
5946 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
5947 second operand of the @code{set} is an attribute expression
5948 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
5949
5950 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
5951 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
5952 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
5953 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
5954 each alternative.
5955
5956 @findex set_attr
5957 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
5958 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
5959 specifying a string giving either a single attribute value or a list
5960 of attribute values, one for each alternative.
5961
5962 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
5963 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
5964
5965 @table @code
5966 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
5967 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
5968 or a string containing a comma-separated list giving the values for
5969 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
5970 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
5971
5972 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
5973 which case the attribute will assume its default value for insns matching
5974 that alternative.
5975
5976 @findex set_attr_alternative
5977 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
5978 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
5979 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
5980 tests on the @samp{alternative} attribute.
5981
5982 @findex attr
5983 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
5984 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
5985 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
5986 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
5987 @end table
5988
5989 The following shows three different ways of representing the same
5990 attribute value specification:
5991
5992 @smallexample
5993 (set_attr "type" "load,store,arith")
5994
5995 (set_attr_alternative "type"
5996                       [(const_string "load") (const_string "store")
5997                        (const_string "arith")])
5998
5999 (set (attr "type")
6000      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
6001             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
6002            (const_string "arith")))
6003 @end smallexample
6004
6005 @need 1000
6006 @findex define_asm_attributes
6007 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
6008 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
6009 statement.  It has the form:
6010
6011 @smallexample
6012 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
6013 @end smallexample
6014
6015 @noindent
6016 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
6017 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
6018
6019 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
6020 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
6021
6022 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
6023 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
6024 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
6025 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
6026 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
6027 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
6028 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
6029 of a single machine instruction.
6030
6031 @end ifset
6032 @ifset INTERNALS
6033 @node Attr Example
6034 @subsection Example of Attribute Specifications
6035 @cindex attribute specifications example
6036 @cindex attribute specifications
6037
6038 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
6039 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
6040 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
6041 value.  This attribute is normally used only to define the default value
6042 for other attributes.  An example will clarify this usage.
6043
6044 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
6045 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
6046 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
6047 operations, floating point operations, and branches.
6048
6049 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
6050 the condition code and will limit ourselves to the following possible
6051 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
6052 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
6053 changed if the item previously set into the condition code has been
6054 modified.
6055
6056 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
6057
6058 @smallexample
6059 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
6060
6061 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
6062              (cond [(eq_attr "type" "load")
6063                         (const_string "change0")
6064                     (eq_attr "type" "store,branch")
6065                         (const_string "unchanged")
6066                     (eq_attr "type" "arith")
6067                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
6068                                       (const_string "set")
6069                                       (const_string "clobber"))]
6070                    (const_string "clobber")))
6071
6072 (define_insn ""
6073   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
6074         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
6075   ""
6076   "@@
6077    move %0,%1
6078    load %0,%1
6079    store %0,%1"
6080   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
6081 @end smallexample
6082
6083 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
6084 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
6085 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
6086 full-word result.
6087
6088 @end ifset
6089 @ifset INTERNALS
6090 @node Insn Lengths
6091 @subsection Computing the Length of an Insn
6092 @cindex insn lengths, computing
6093 @cindex computing the length of an insn
6094
6095 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
6096 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
6097 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
6098 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
6099 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
6100 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
6101
6102 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
6103 arithmetic terms are allowed in test expressions:
6104
6105 @table @code
6106 @cindex @code{match_dup} and attributes
6107 @item (match_dup @var{n})
6108 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
6109 must be a @code{label_ref}.
6110
6111 @cindex @code{pc} and attributes
6112 @item (pc)
6113 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
6114 been more consistent with other usage to make this the address of the
6115 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
6116 current insn is to be computed.
6117 @end table
6118
6119 @cindex @code{addr_vec}, length of
6120 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
6121 For normal insns, the length will be determined by value of the
6122 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
6123 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
6124 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
6125
6126 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
6127
6128 The following macros can be used to refine the length computation:
6129
6130 @table @code
6131 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
6132 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
6133 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
6134 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
6135 that contains the initially computed length of the insn and should be
6136 updated with the correct length of the insn.
6137
6138 This macro will normally not be required.  A case in which it is
6139 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
6140 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
6141 may be required.
6142 @end table
6143
6144 @findex get_attr_length
6145 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
6146 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
6147 determine the form of the branch instruction to be written, as the
6148 example below illustrates.
6149
6150 As an example of the specification of variable-length branches, consider
6151 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
6152 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
6153 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
6154 sequence to load the address from memory and then branch to it.
6155
6156 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
6157 as follows:
6158
6159 @smallexample
6160 (define_insn "jump"
6161   [(set (pc)
6162         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
6163   ""
6164 @{
6165    return (get_attr_length (insn) == 4
6166            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
6167 @}
6168   [(set (attr "length")
6169         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
6170                       (const_int 4)
6171                       (const_int 6)))])
6172 @end smallexample
6173
6174 @end ifset
6175 @ifset INTERNALS
6176 @node Constant Attributes
6177 @subsection Constant Attributes
6178 @cindex constant attributes
6179
6180 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
6181 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
6182 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
6183 used to specify which variety of processor is used.  For example,
6184
6185 @smallexample
6186 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
6187  (const
6188   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
6189          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
6190         (const_string "m88000"))))
6191
6192 (define_attr "memory" "fast,slow"
6193  (const
6194   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
6195                 (const_string "fast")
6196                 (const_string "slow"))))
6197 @end smallexample
6198
6199 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
6200 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
6201 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
6202 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
6203 forms involving insn attributes.
6204
6205 @end ifset
6206 @ifset INTERNALS
6207 @node Delay Slots
6208 @subsection Delay Slot Scheduling
6209 @cindex delay slots, defining
6210
6211 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
6212 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
6213 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
6214 after the instruction are executed as if they were located before it.
6215 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
6216 the following instruction before the branch or call is performed.
6217
6218 On some machines, conditional branch instructions can optionally
6219 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
6220 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
6221 instructions that annul if the branch is true and instructions that
6222 annul if the branch is false are supported.
6223
6224 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
6225 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
6226 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
6227 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
6228 instruction scheduling.
6229
6230 @findex define_delay
6231 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
6232 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
6233
6234 @smallexample
6235 (define_delay @var{test}
6236               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
6237                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
6238                @dots{}])
6239 @end smallexample
6240
6241 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
6242 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
6243 required delay slots is determined by the length of the vector specified
6244 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
6245 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
6246 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
6247 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
6248 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
6249 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
6250
6251 For example, in the common case where branch and call insns require
6252 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
6253 call, the following would be placed in the @file{md} file:
6254
6255 @smallexample
6256 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
6257               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
6258 @end smallexample
6259
6260 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
6261 case, each such expression specifies different delay slot requirements
6262 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
6263 expressions are both true.
6264
6265 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
6266 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
6267 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
6268 branch is true, we might represent this as follows:
6269
6270 @smallexample
6271 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
6272    [(eq_attr "type" "!branch,call")
6273     (eq_attr "type" "!branch,call")
6274     (nil)])
6275
6276 (define_delay (eq_attr "type" "call")
6277               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
6278                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
6279 @end smallexample
6280 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
6281
6282 @end ifset
6283 @ifset INTERNALS
6284 @node Processor pipeline description
6285 @subsection Specifying processor pipeline description
6286 @cindex processor pipeline description
6287 @cindex processor functional units
6288 @cindex instruction latency time
6289 @cindex interlock delays
6290 @cindex data dependence delays
6291 @cindex reservation delays
6292 @cindex pipeline hazard recognizer
6293 @cindex automaton based pipeline description
6294 @cindex regular expressions
6295 @cindex deterministic finite state automaton
6296 @cindex automaton based scheduler
6297 @cindex RISC
6298 @cindex VLIW
6299
6300 To achieve better performance, most modern processors
6301 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
6302 processors) have many @dfn{functional units} on which several
6303 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
6304 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
6305 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
6306 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
6307 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
6308 MIPS processors).
6309
6310 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
6311 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
6312 latency time}.  The instruction execution is not started until all
6313 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
6314 complex cases when the instruction execution starts even when the data
6315 are not available but will be ready in given time after the
6316 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
6317 account is simple.  The data dependence (true, output, and
6318 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
6319 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
6320 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
6321 means that two instructions under execution will be in need of shared
6322 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
6323 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
6324 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
6325 processors.
6326
6327 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
6328 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
6329 instruction scheduler has to have an adequate description of the
6330 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
6331 machine descriptions describe processor parallelism and functional
6332 unit reservations for groups of instructions with the aid of
6333 @dfn{regular expressions}.
6334
6335 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
6336 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
6337 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
6338 automatically generated from the processor pipeline description.  The
6339 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
6340 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
6341 the instruction issue is possible if there is a transition from one
6342 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
6343 furthermore, its speed is not dependent on processor
6344 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
6345   processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
6346   can split orthogonal parts of the machine description among several
6347   automata: but then, since each of these must be stepped independently,
6348   this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
6349
6350 @cindex automaton based pipeline description
6351 The rest of this section describes the directives that constitute
6352 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
6353 these constructions within the machine description file is not
6354 important.
6355
6356 @findex define_automaton
6357 @cindex pipeline hazard recognizer
6358 The following optional construction describes names of automata
6359 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
6360 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
6361 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
6362 units to the automata, the total size of the automata is usually
6363 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
6364 construction, only one finite state automaton is generated.
6365
6366 @smallexample
6367 (define_automaton @var{automata-names})
6368 @end smallexample
6369
6370 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
6371 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
6372 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
6373 @code{define_query_cpu_unit}.
6374
6375 @findex define_cpu_unit
6376 @cindex processor functional units
6377 Each processor functional unit used in the description of instruction
6378 reservations should be described by the following construction.
6379
6380 @smallexample
6381 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
6382 @end smallexample
6383
6384 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
6385 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
6386 for other goals.
6387
6388 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
6389 which the unit is bound.  The automaton should be described in
6390 construction @code{define_automaton}.  You should give
6391 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
6392
6393 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
6394 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
6395 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
6396 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
6397 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
6398 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
6399 description of the subsequent constructions.
6400
6401 @findex define_query_cpu_unit
6402 @cindex querying function unit reservations
6403 The following construction describes CPU functional units analogously
6404 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
6405 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
6406 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
6407 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
6408 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
6409 @acronym{VLIW} insn templates).
6410
6411 @smallexample
6412 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
6413 @end smallexample
6414
6415 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
6416 separated by commas.
6417
6418 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
6419 which the unit is bound.
6420
6421 @findex define_insn_reservation
6422 @cindex instruction latency time
6423 @cindex regular expressions
6424 @cindex data bypass
6425 The following construction is the major one to describe pipeline
6426 characteristics of an instruction.
6427
6428 @smallexample
6429 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
6430                          @var{condition} @var{regexp})
6431 @end smallexample
6432
6433 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
6434 instruction.  There is an important difference between the old
6435 description and the automaton based pipeline description.  The latency
6436 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
6437 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
6438 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
6439 zero and the cost of output dependencies is the difference between
6440 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
6441 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
6442 change the default costs for any description by using the target hook
6443 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
6444
6445 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
6446 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
6447 the automaton description file generated for debugging.  The internal
6448 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
6449 good practice to use insn classes described in the processor manual.
6450
6451 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
6452 construction.  You should remember that you will be in trouble if
6453 @var{condition} for two or more different
6454 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
6455 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
6456 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
6457 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
6458 the same value is quite difficult (especially if the conditions
6459 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
6460 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
6461 recognizer considerably.
6462
6463 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
6464 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
6465 expression according to the following syntax:
6466
6467 @smallexample
6468        regexp = regexp "," oneof
6469               | oneof
6470
6471        oneof = oneof "|" allof
6472              | allof
6473
6474        allof = allof "+" repeat
6475              | repeat
6476
6477        repeat = element "*" number
6478               | element
6479
6480        element = cpu_function_unit_name
6481                | reservation_name
6482                | result_name
6483                | "nothing"
6484                | "(" regexp ")"
6485 @end smallexample
6486
6487 @itemize @bullet
6488 @item
6489 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
6490 the reservation.
6491
6492 @item
6493 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
6494 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
6495 regular expression @strong{or} etc.
6496
6497 @item
6498 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
6499 regular expression @strong{and} a reservation described by the
6500 second regular expression @strong{and} etc.
6501
6502 @item
6503 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
6504 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
6505 advancing (see @samp{,}).
6506
6507 @item
6508 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
6509 functional unit.
6510
6511 @item
6512 @samp{reservation_name} --- see description of construction
6513 @samp{define_reservation}.
6514
6515 @item
6516 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
6517 @end itemize
6518
6519 @findex define_reservation
6520 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
6521 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
6522 the common part by the following construction
6523
6524 @smallexample
6525 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
6526 @end smallexample
6527
6528 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
6529 Functional unit names and reservation names are in the same name
6530 space.  So the reservation names should be different from the
6531 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
6532
6533 @findex define_bypass
6534 @cindex instruction latency time
6535 @cindex data bypass
6536 The following construction is used to describe exceptions in the
6537 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
6538
6539 @smallexample
6540 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
6541                [@var{guard}])
6542 @end smallexample
6543
6544 @var{number} defines when the result generated by the instructions
6545 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
6546 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
6547 the string are separated by commas.
6548
6549 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
6550 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
6551 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
6552 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
6553 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
6554 of insn @samp{store} (not a stored value).
6555
6556 @findex exclusion_set
6557 @findex presence_set
6558 @findex final_presence_set
6559 @findex absence_set
6560 @findex final_absence_set
6561 @cindex VLIW
6562 @cindex RISC
6563 The following five constructions are usually used to describe
6564 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
6565 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
6566 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
6567
6568 @smallexample
6569 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
6570 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6571 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6572 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6573 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6574 @end smallexample
6575
6576 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
6577 separated by commas.
6578
6579 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
6580 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
6581 separated by white-spaces.
6582
6583 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
6584 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
6585 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
6586 example, the construction is useful for describing processors
6587 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
6588 functional unit which can execute simultaneously only single floating
6589 point insns or only double floating point insns.
6590
6591 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
6592 functional unit in the first string can not be reserved unless at
6593 least one of pattern of units whose names are in the second string is
6594 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
6595 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
6596 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
6597 construction
6598
6599 @smallexample
6600 (presence_set "slot1" "slot0")
6601 @end smallexample
6602
6603 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
6604 reservation.  In this case we could write
6605
6606 @smallexample
6607 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
6608 @end smallexample
6609
6610 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
6611 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
6612 done.  When an instruction is issued in given automaton state
6613 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
6614 state is changed.  The first state is a source state, the second one
6615 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
6616 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
6617 done on the result reservation.  This construction is useful to
6618 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
6619 For example, if we use
6620
6621 @smallexample
6622 (presence_set "slot1" "slot0")
6623 @end smallexample
6624
6625 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
6626 @samp{slot0} which is absent in the source state).
6627
6628 @smallexample
6629 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
6630 @end smallexample
6631
6632 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
6633
6634 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
6635 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
6636 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
6637 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
6638 this one but it is symmetric).  For example, it is useful for
6639 description that @acronym{VLIW} @samp{slot0} can not be reserved after
6640 @samp{slot1} or @samp{slot2} reservation.  We could describe it by the
6641 following construction
6642
6643 @smallexample
6644 (absence_set "slot2" "slot0, slot1")
6645 @end smallexample
6646
6647 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
6648 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
6649 this case we could write
6650
6651 @smallexample
6652 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
6653 @end smallexample
6654
6655 All functional units mentioned in a set should belong to the same
6656 automaton.
6657
6658 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
6659 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
6660 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
6661
6662 @findex automata_option
6663 @cindex deterministic finite state automaton
6664 @cindex nondeterministic finite state automaton
6665 @cindex finite state automaton minimization
6666 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
6667 the following construction.
6668
6669 @smallexample
6670 (automata_option @var{options})
6671 @end smallexample
6672
6673 @var{options} is a string giving options which affect the generated
6674 code.  Currently there are the following options:
6675
6676 @itemize @bullet
6677 @item
6678 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
6679 only worth to do when we are debugging the description and need to
6680 look more accurately at reservations of states.
6681
6682 @item
6683 @dfn{time} means printing additional time statistics about
6684 generation of automata.
6685
6686 @item
6687 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
6688 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
6689 verification and debugging.
6690
6691 @item
6692 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
6693 non-critical errors.
6694
6695 @item
6696 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
6697 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
6698 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
6699 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
6700 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
6701 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
6702
6703 @item
6704 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
6705 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
6706 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
6707 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
6708 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
6709 huge automaton.
6710 @end itemize
6711
6712 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
6713 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
6714 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
6715 the following functional units.
6716
6717 @smallexample
6718 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
6719 (define_cpu_unit "port0, port1")
6720 @end smallexample
6721
6722 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
6723 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
6724 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
6725 are issued into the second pipeline.  Integer division and
6726 multiplication insns can be executed only in the second integer
6727 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
6728 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
6729 integer division insn can not be issued until the current division
6730 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
6731 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
6732 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
6733 incurred.  To describe all of this we could specify
6734
6735 @smallexample
6736 (define_cpu_unit "div")
6737
6738 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
6739                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
6740
6741 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
6742                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
6743
6744 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
6745                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
6746
6747 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
6748                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
6749
6750 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
6751 @end smallexample
6752
6753 To simplify the description we could describe the following reservation
6754
6755 @smallexample
6756 (define_reservation "finish" "port0|port1")
6757 @end smallexample
6758
6759 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
6760 construction
6761
6762 @smallexample
6763 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
6764                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
6765 @end smallexample
6766
6767
6768 @end ifset
6769 @ifset INTERNALS
6770 @node Conditional Execution
6771 @section Conditional Execution
6772 @cindex conditional execution
6773 @cindex predication
6774
6775 A number of architectures provide for some form of conditional
6776 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
6777 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
6778 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
6779 can be quite tedious to describe these forms directly in the
6780 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
6781
6782 @findex define_cond_exec
6783 @smallexample
6784 (define_cond_exec
6785   [@var{predicate-pattern}]
6786   "@var{condition}"
6787   "@var{output-template}")
6788 @end smallexample
6789
6790 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
6791 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
6792 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
6793 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
6794 alternative.
6795
6796 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
6797 pattern to match.
6798
6799 @findex current_insn_predicate
6800 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
6801 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
6802 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
6803 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
6804 In order to handle the general case, there is a global variable
6805 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
6806 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
6807
6808 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
6809 the @code{predicable} instruction attribute is made.
6810 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
6811 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
6812 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
6813 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
6814 alternative or anything else.
6815
6816 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
6817 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
6818 generated that matches a predicated version of the instruction.
6819 For example,
6820
6821 @smallexample
6822 (define_insn "addsi"
6823   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6824         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6825                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
6826   "@var{test1}"
6827   "add %2,%1,%0")
6828
6829 (define_cond_exec
6830   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
6831        (const_int 0))]
6832   "@var{test2}"
6833   "(%0)")
6834 @end smallexample
6835
6836 @noindent
6837 generates a new pattern
6838
6839 @smallexample
6840 (define_insn ""
6841   [(cond_exec
6842      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
6843      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6844           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6845                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
6846   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
6847   "(%3) add %2,%1,%0")
6848 @end smallexample
6849
6850 @end ifset
6851 @ifset INTERNALS
6852 @node Constant Definitions
6853 @section Constant Definitions
6854 @cindex constant definitions
6855 @findex define_constants
6856
6857 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
6858 can be a maintenance problem.
6859
6860 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
6861 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
6862 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
6863 if the corresponding value had been written instead.  You may use
6864 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
6865 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
6866 a different value.
6867
6868 To come back to the a29k load multiple example, instead of
6869
6870 @smallexample
6871 (define_insn ""
6872   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6873      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6874            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6875       (use (reg:SI 179))
6876       (clobber (reg:SI 179))])]
6877   ""
6878   "loadm 0,0,%1,%2")
6879 @end smallexample
6880
6881 You could write:
6882
6883 @smallexample
6884 (define_constants [
6885     (R_BP 177)
6886     (R_FC 178)
6887     (R_CR 179)
6888     (R_Q  180)
6889 ])
6890
6891 (define_insn ""
6892   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6893      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6894            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6895       (use (reg:SI R_CR))
6896       (clobber (reg:SI R_CR))])]
6897   ""
6898   "loadm 0,0,%1,%2")
6899 @end smallexample
6900
6901 The constants that are defined with a define_constant are also output
6902 in the insn-codes.h header file as #defines.
6903 @end ifset
6904 @ifset INTERNALS
6905 @node Macros
6906 @section Macros
6907 @cindex macros in @file{.md} files
6908
6909 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
6910 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple macro
6911 facilities to make this process easier.
6912
6913 @menu
6914 * Mode Macros::         Generating variations of patterns for different modes.
6915 * Code Macros::         Doing the same for codes.
6916 @end menu
6917
6918 @node Mode Macros
6919 @subsection Mode Macros
6920 @cindex mode macros in @file{.md} files
6921
6922 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
6923 For example:
6924
6925 @itemize @bullet
6926 @item
6927 If a processor has hardware support for both single and double
6928 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
6929 very similar to the @code{DFmode} ones.
6930
6931 @item
6932 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
6933 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
6934 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
6935 @end itemize
6936
6937 Mode macros allow several patterns to be instantiated from one
6938 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
6939 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
6940 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
6941
6942 @menu
6943 * Defining Mode Macros:: Defining a new mode macro.
6944 * Substitutions::        Combining mode macros with substitutions
6945 * Examples::             Examples
6946 @end menu
6947
6948 @node Defining Mode Macros
6949 @subsubsection Defining Mode Macros
6950 @findex define_mode_macro
6951
6952 The syntax for defining a mode macro is:
6953
6954 @smallexample
6955 (define_mode_macro @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") ... (@var{moden} "@var{condn}")])
6956 @end smallexample
6957
6958 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
6959 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
6960 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
6961 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
6962 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
6963 C condition will also require that @var{condi} be true.
6964
6965 For example:
6966
6967 @smallexample
6968 (define_mode_macro P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
6969 @end smallexample
6970
6971 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
6972 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
6973 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
6974 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
6975 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
6976
6977 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
6978 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
6979 to @code{@var{mode}}.  For example:
6980
6981 @smallexample
6982 (define_mode_macro GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
6983 @end smallexample
6984
6985 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
6986 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
6987
6988 Macros are applied in the order they are defined.  This can be
6989 significant if two macros are used in a construct that requires
6990 substitutions.  @xref{Substitutions}.
6991
6992 @node Substitutions
6993 @subsubsection Substitution in Mode Macros
6994 @findex define_mode_attr
6995
6996 If an @file{.md} file construct uses mode macros, each version of the
6997 construct will often need slightly different strings or modes.  For
6998 example:
6999
7000 @itemize @bullet
7001 @item
7002 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
7003 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
7004 appropriate mode name for @var{m}.
7005
7006 @item
7007 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
7008 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
7009
7010 @item
7011 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
7012 using a macro for one of the operand modes usually requires a specific
7013 mode for the other operand(s).
7014 @end itemize
7015
7016 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
7017 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
7018 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
7019 upper case.  You can define other attributes using:
7020
7021 @smallexample
7022 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") ... (@var{moden} "@var{valuen}")])
7023 @end smallexample
7024
7025 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
7026 is the value associated with @var{modei}.
7027
7028 When GCC replaces some @var{:macro} with @var{:mode}, it will scan
7029 each string and mode in the pattern for sequences of the form
7030 @code{<@var{macro}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
7031 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
7032 @code{<...>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
7033 value.
7034
7035 For example, suppose an @file{.md} file has:
7036
7037 @smallexample
7038 (define_mode_macro P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
7039 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
7040 @end smallexample
7041
7042 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
7043 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
7044 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
7045 @code{"ld\t%0,%1"}.
7046
7047 Here is an example of using an attribute for a mode:
7048
7049 @smallexample
7050 (define_mode_macro LONG [SI DI])
7051 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
7052 (define_insn ...
7053   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> ...)) ...)
7054 @end smallexample
7055
7056 The @code{@var{macro}:} prefix may be omitted, in which case the
7057 substitution will be attempted for every macro expansion.
7058
7059 @node Examples
7060 @subsubsection Mode Macro Examples
7061
7062 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
7063 modes and attributes (among others):
7064
7065 @smallexample
7066 (define_mode_macro GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
7067 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
7068 @end smallexample
7069
7070 and uses the following template to define both @code{subsi3}
7071 and @code{subdi3}:
7072
7073 @smallexample
7074 (define_insn "sub<mode>3"
7075   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
7076         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
7077                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
7078   ""
7079   "<d>subu\t%0,%1,%2"
7080   [(set_attr "type" "arith")
7081    (set_attr "mode" "<MODE>")])
7082 @end smallexample
7083
7084 This is exactly equivalent to:
7085
7086 @smallexample
7087 (define_insn "subsi3"
7088   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
7089         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
7090                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
7091   ""
7092   "subu\t%0,%1,%2"
7093   [(set_attr "type" "arith")
7094    (set_attr "mode" "SI")])
7095
7096 (define_insn "subdi3"
7097   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
7098         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
7099                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
7100   ""
7101   "dsubu\t%0,%1,%2"
7102   [(set_attr "type" "arith")
7103    (set_attr "mode" "DI")])
7104 @end smallexample
7105
7106 @node Code Macros
7107 @subsection Code Macros
7108 @cindex code macros in @file{.md} files
7109 @findex define_code_macro
7110 @findex define_code_attr
7111
7112 Code macros operate in a similar way to mode macros.  @xref{Mode Macros}.
7113
7114 The construct:
7115
7116 @smallexample
7117 (define_code_macro @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") ... (@var{coden} "@var{condn}")])
7118 @end smallexample
7119
7120 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
7121 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
7122 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
7123
7124 As with mode macros, each pattern that uses @var{name} will be
7125 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
7126 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
7127 @xref{Defining Mode Macros}.
7128
7129 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
7130 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
7131 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
7132 Other attributes are defined using:
7133
7134 @smallexample
7135 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") ... (@var{coden} "@var{valuen}")])
7136 @end smallexample
7137
7138 Here's an example of code macros in action, taken from the MIPS port:
7139
7140 @smallexample
7141 (define_code_macro any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
7142                              eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
7143
7144 (define_expand "b<code>"
7145   [(set (pc)
7146         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
7147                                    (const_int 0))
7148                       (label_ref (match_operand 0 ""))
7149                       (pc)))]
7150   ""
7151 @{
7152   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
7153   DONE;
7154 @})
7155 @end smallexample
7156
7157 This is equivalent to:
7158
7159 @smallexample
7160 (define_expand "bunordered"
7161   [(set (pc)
7162         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
7163                                     (const_int 0))
7164                       (label_ref (match_operand 0 ""))
7165                       (pc)))]
7166   ""
7167 @{
7168   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
7169   DONE;
7170 @})
7171
7172 (define_expand "bordered"
7173   [(set (pc)
7174         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
7175                                   (const_int 0))
7176                       (label_ref (match_operand 0 ""))
7177                       (pc)))]
7178   ""
7179 @{
7180   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
7181   DONE;
7182 @})
7183
7184 ...
7185 @end smallexample
7186
7187 @end ifset