home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NeXTSTEP 3.3 (Developer)…68k, x86, SPARC, PA-RISC] / NeXTSTEP 3.3 Dev Intel.iso / NextDeveloper / Source / GNU / cc / gcc.info-13 (.txt) < prev    next >
GNU Info File  |  1993-10-21  |  51KB  |  871 lines

  1. This is Info file gcc.info, produced by Makeinfo-1.54 from the input
  2. file gcc.texi.
  3.    This file documents the use and the internals of the GNU compiler.
  4.    Published by the Free Software Foundation 675 Massachusetts Avenue
  5. Cambridge, MA 02139 USA
  6.    Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993 Free Software Foundation, Inc.
  7.    Permission is granted to make and distribute verbatim copies of this
  8. manual provided the copyright notice and this permission notice are
  9. preserved on all copies.
  10.    Permission is granted to copy and distribute modified versions of
  11. this manual under the conditions for verbatim copying, provided also
  12. that the sections entitled "GNU General Public License" and "Protect
  13. Your Freedom--Fight `Look And Feel'" are included exactly as in the
  14. original, and provided that the entire resulting derived work is
  15. distributed under the terms of a permission notice identical to this
  16.    Permission is granted to copy and distribute translations of this
  17. manual into another language, under the above conditions for modified
  18. versions, except that the sections entitled "GNU General Public
  19. License" and "Protect Your Freedom--Fight `Look And Feel'", and this
  20. permission notice, may be included in translations approved by the Free
  21. Software Foundation instead of in the original English.
  22. File: gcc.info,  Node: Insns,  Next: Calls,  Prev: Assembler,  Up: RTL
  23. Insns
  24. =====
  25.    The RTL representation of the code for a function is a doubly-linked
  26. chain of objects called "insns".  Insns are expressions with special
  27. codes that are used for no other purpose.  Some insns are actual
  28. instructions; others represent dispatch tables for `switch' statements;
  29. others represent labels to jump to or various sorts of declarative
  30. information.
  31.    In addition to its own specific data, each insn must have a unique
  32. id-number that distinguishes it from all other insns in the current
  33. function (after delayed branch scheduling, copies of an insn with the
  34. same id-number may be present in multiple places in a function, but
  35. these copies will always be identical and will only appear inside a
  36. `sequence'), and chain pointers to the preceding and following insns.
  37. These three fields occupy the same position in every insn, independent
  38. of the expression code of the insn.  They could be accessed with `XEXP'
  39. and `XINT', but instead three special macros are always used:
  40. `INSN_UID (I)'
  41.      Accesses the unique id of insn I.
  42. `PREV_INSN (I)'
  43.      Accesses the chain pointer to the insn preceding I.  If I is the
  44.      first insn, this is a null pointer.
  45. `NEXT_INSN (I)'
  46.      Accesses the chain pointer to the insn following I.  If I is the
  47.      last insn, this is a null pointer.
  48.    The first insn in the chain is obtained by calling `get_insns'; the
  49. last insn is the result of calling `get_last_insn'.  Within the chain
  50. delimited by these insns, the `NEXT_INSN' and `PREV_INSN' pointers must
  51. always correspond: if INSN is not the first insn,
  52.      NEXT_INSN (PREV_INSN (INSN)) == INSN
  53. is always true and if INSN is not the last insn,
  54.      PREV_INSN (NEXT_INSN (INSN)) == INSN
  55. is always true.
  56.    After delay slot scheduling, some of the insns in the chain might be
  57. `sequence' expressions, which contain a vector of insns.  The value of
  58. `NEXT_INSN' in all but the last of these insns is the next insn in the
  59. vector; the value of `NEXT_INSN' of the last insn in the vector is the
  60. same as the value of `NEXT_INSN' for the `sequence' in which it is
  61. contained.  Similar rules apply for `PREV_INSN'.
  62.    This means that the above invariants are not necessarily true for
  63. insns inside `sequence' expressions.  Specifically, if INSN is the
  64. first insn in a `sequence', `NEXT_INSN (PREV_INSN (INSN))' is the insn
  65. containing the `sequence' expression, as is the value of `PREV_INSN
  66. (NEXT_INSN (INSN))' is INSN is the last insn in the `sequence'
  67. expression.  You can use these expressions to find the containing
  68. `sequence' expression.
  69.    Every insn has one of the following six expression codes:
  70. `insn'
  71.      The expression code `insn' is used for instructions that do not
  72.      jump and do not do function calls.  `sequence' expressions are
  73.      always contained in insns with code `insn' even if one of those
  74.      insns should jump or do function calls.
  75.      Insns with code `insn' have four additional fields beyond the three
  76.      mandatory ones listed above.  These four are described in a table
  77.      below.
  78. `jump_insn'
  79.      The expression code `jump_insn' is used for instructions that may
  80.      jump (or, more generally, may contain `label_ref' expressions).  If
  81.      there is an instruction to return from the current function, it is
  82.      recorded as a `jump_insn'.
  83.      `jump_insn' insns have the same extra fields as `insn' insns,
  84.      accessed in the same way and in addition contains a field
  85.      `JUMP_LABEL' which is defined once jump optimization has completed.
  86.      For simple conditional and unconditional jumps, this field
  87.      contains the `code_label' to which this insn will (possibly
  88.      conditionally) branch.  In a more complex jump, `JUMP_LABEL'
  89.      records one of the labels that the insn refers to; the only way to
  90.      find the others is to scan the entire body of the insn.
  91.      Return insns count as jumps, but since they do not refer to any
  92.      labels, they have zero in the `JUMP_LABEL' field.
  93. `call_insn'
  94.      The expression code `call_insn' is used for instructions that may
  95.      do function calls.  It is important to distinguish these
  96.      instructions because they imply that certain registers and memory
  97.      locations may be altered unpredictably.
  98.      A `call_insn' insn may be preceded by insns that contain a single
  99.      `use' expression and be followed by insns the contain a single
  100.      `clobber' expression.  If so, these `use' and `clobber'
  101.      expressions are treated as being part of the function call.  There
  102.      must not even be a `note' between the `call_insn' and the `use' or
  103.      `clobber' insns for this special treatment to take place.  This is
  104.      somewhat of a kludge and will be removed in a later version of GNU
  105.      CC.
  106.      `call_insn' insns have the same extra fields as `insn' insns,
  107.      accessed in the same way.
  108. `code_label'
  109.      A `code_label' insn represents a label that a jump insn can jump
  110.      to.  It contains two special fields of data in addition to the
  111.      three standard ones.  `CODE_LABEL_NUMBER' is used to hold the
  112.      "label number", a number that identifies this label uniquely among
  113.      all the labels in the compilation (not just in the current
  114.      function).  Ultimately, the label is represented in the assembler
  115.      output as an assembler label, usually of the form `LN' where N is
  116.      the label number.
  117.      When a `code_label' appears in an RTL expression, it normally
  118.      appears within a `label_ref' which represents the address of the
  119.      label, as a number.
  120.      The field `LABEL_NUSES' is only defined once the jump optimization
  121.      phase is completed and contains the number of times this label is
  122.      referenced in the current function.
  123. `barrier'
  124.      Barriers are placed in the instruction stream when control cannot
  125.      flow past them.  They are placed after unconditional jump
  126.      instructions to indicate that the jumps are unconditional and
  127.      after calls to `volatile' functions, which do not return (e.g.,
  128.      `exit').  They contain no information beyond the three standard
  129.      fields.
  130. `note'
  131.      `note' insns are used to represent additional debugging and
  132.      declarative information.  They contain two nonstandard fields, an
  133.      integer which is accessed with the macro `NOTE_LINE_NUMBER' and a
  134.      string accessed with `NOTE_SOURCE_FILE'.
  135.      If `NOTE_LINE_NUMBER' is positive, the note represents the
  136.      position of a source line and `NOTE_SOURCE_FILE' is the source
  137.      file name that the line came from.  These notes control generation
  138.      of line number data in the assembler output.
  139.      Otherwise, `NOTE_LINE_NUMBER' is not really a line number but a
  140.      code with one of the following values (and `NOTE_SOURCE_FILE' must
  141.      contain a null pointer):
  142.     `NOTE_INSN_DELETED'
  143.           Such a note is completely ignorable.  Some passes of the
  144.           compiler delete insns by altering them into notes of this
  145.           kind.
  146.     `NOTE_INSN_BLOCK_BEG'
  147.     `NOTE_INSN_BLOCK_END'
  148.           These types of notes indicate the position of the beginning
  149.           and end of a level of scoping of variable names.  They
  150.           control the output of debugging information.
  151.     `NOTE_INSN_LOOP_BEG'
  152.     `NOTE_INSN_LOOP_END'
  153.           These types of notes indicate the position of the beginning
  154.           and end of a `while' or `for' loop.  They enable the loop
  155.           optimizer to find loops quickly.
  156.     `NOTE_INSN_LOOP_CONT'
  157.           Appears at the place in a loop that `continue' statements
  158.           jump to.
  159.     `NOTE_INSN_LOOP_VTOP'
  160.           This note indicates the place in a loop where the exit test
  161.           begins for those loops in which the exit test has been
  162.           duplicated.  This position becomes another virtual start of
  163.           the loop when considering loop invariants.
  164.     `NOTE_INSN_FUNCTION_END'
  165.           Appears near the end of the function body, just before the
  166.           label that `return' statements jump to (on machine where a
  167.           single instruction does not suffice for returning).  This
  168.           note may be deleted by jump optimization.
  169.     `NOTE_INSN_SETJMP'
  170.           Appears following each call to `setjmp' or a related function.
  171.      These codes are printed symbolically when they appear in debugging
  172.      dumps.
  173.    The machine mode of an insn is normally `VOIDmode', but some phases
  174. use the mode for various purposes; for example, the reload pass sets it
  175. to `HImode' if the insn needs reloading but not register elimination
  176. and `QImode' if both are required.  The common subexpression
  177. elimination pass sets the mode of an insn to `QImode' when it is the
  178. first insn in a block that has already been processed.
  179.    Here is a table of the extra fields of `insn', `jump_insn' and
  180. `call_insn' insns:
  181. `PATTERN (I)'
  182.      An expression for the side effect performed by this insn.  This
  183.      must be one of the following codes: `set', `call', `use',
  184.      `clobber', `return', `asm_input', `asm_output', `addr_vec',
  185.      `addr_diff_vec', `trap_if', `unspec', `unspec_volatile',
  186.      `parallel', or `sequence'.  If it is a `parallel', each element of
  187.      the `parallel' must be one these codes, except that `parallel'
  188.      expressions cannot be nested and `addr_vec' and `addr_diff_vec'
  189.      are not permitted inside a `parallel' expression.
  190. `INSN_CODE (I)'
  191.      An integer that says which pattern in the machine description
  192.      matches this insn, or -1 if the matching has not yet been
  193.      attempted.
  194.      Such matching is never attempted and this field remains -1 on an
  195.      insn whose pattern consists of a single `use', `clobber',
  196.      `asm_input', `addr_vec' or `addr_diff_vec' expression.
  197.      Matching is also never attempted on insns that result from an `asm'
  198.      statement.  These contain at least one `asm_operands' expression.
  199.      The function `asm_noperands' returns a non-negative value for such
  200.      insns.
  201.      In the debugging output, this field is printed as a number
  202.      followed by a symbolic representation that locates the pattern in
  203.      the `md' file as some small positive or negative offset from a
  204.      named pattern.
  205. `LOG_LINKS (I)'
  206.      A list (chain of `insn_list' expressions) giving information about
  207.      dependencies between instructions within a basic block.  Neither a
  208.      jump nor a label may come between the related insns.
  209. `REG_NOTES (I)'
  210.      A list (chain of `expr_list' and `insn_list' expressions) giving
  211.      miscellaneous information about the insn.  It is often information
  212.      pertaining to the registers used in this insn.
  213.    The `LOG_LINKS' field of an insn is a chain of `insn_list'
  214. expressions.  Each of these has two operands: the first is an insn, and
  215. the second is another `insn_list' expression (the next one in the
  216. chain).  The last `insn_list' in the chain has a null pointer as second
  217. operand.  The significant thing about the chain is which insns appear
  218. in it (as first operands of `insn_list' expressions).  Their order is
  219. not significant.
  220.    This list is originally set up by the flow analysis pass; it is a
  221. null pointer until then.  Flow only adds links for those data
  222. dependencies which can be used for instruction combination.  For each
  223. insn, the flow analysis pass adds a link to insns which store into
  224. registers values that are used for the first time in this insn.  The
  225. instruction scheduling pass adds extra links so that every dependence
  226. will be represented.  Links represent data dependencies,
  227. antidependencies and output dependencies; the machine mode of the link
  228. distinguishes these three types: antidependencies have mode
  229. `REG_DEP_ANTI', output dependencies have mode `REG_DEP_OUTPUT', and
  230. data dependencies have mode `VOIDmode'.
  231.    The `REG_NOTES' field of an insn is a chain similar to the
  232. `LOG_LINKS' field but it includes `expr_list' expressions in addition
  233. to `insn_list' expressions.  There are several kinds of register notes,
  234. which are distinguished by the machine mode, which in a register note
  235. is really understood as being an `enum reg_note'.  The first operand OP
  236. of the note is data whose meaning depends on the kind of note.
  237.    The macro `REG_NOTE_KIND (X)' returns the kind of register note.
  238. Its counterpart, the macro `PUT_REG_NOTE_KIND (X, NEWKIND)' sets the
  239. register note type of X to be NEWKIND.
  240.    Register notes are of three classes: They may say something about an
  241. input to an insn, they may say something about an output of an insn, or
  242. they may create a linkage between two insns.  There are also a set of
  243. values that are only used in `LOG_LINKS'.
  244.    These register notes annotate inputs to an insn:
  245. `REG_DEAD'
  246.      The value in OP dies in this insn; that is to say, altering the
  247.      value immediately after this insn would not affect the future
  248.      behavior of the program.
  249.      This does not necessarily mean that the register OP has no useful
  250.      value after this insn since it may also be an output of the insn.
  251.      In such a case, however, a `REG_DEAD' note would be redundant and
  252.      is usually not present until after the reload pass, but no code
  253.      relies on this fact.
  254. `REG_INC'
  255.      The register OP is incremented (or decremented; at this level
  256.      there is no distinction) by an embedded side effect inside this
  257.      insn.  This means it appears in a `post_inc', `pre_inc',
  258.      `post_dec' or `pre_dec' expression.
  259. `REG_NONNEG'
  260.      The register OP is known to have a nonnegative value when this
  261.      insn is reached.  This is used so that decrement and branch until
  262.      zero instructions, such as the m68k dbra, can be matched.
  263.      The `REG_NONNEG' note is added to insns only if the machine
  264.      description has a `decrement_and_branch_until_zero' pattern.
  265. `REG_NO_CONFLICT'
  266.      This insn does not cause a conflict between OP and the item being
  267.      set by this insn even though it might appear that it does.  In
  268.      other words, if the destination register and OP could otherwise be
  269.      assigned the same register, this insn does not prevent that
  270.      assignment.
  271.      Insns with this note are usually part of a block that begins with a
  272.      `clobber' insn specifying a multi-word pseudo register (which will
  273.      be the output of the block), a group of insns that each set one
  274.      word of the value and have the `REG_NO_CONFLICT' note attached,
  275.      and a final insn that copies the output to itself with an attached
  276.      `REG_EQUAL' note giving the expression being computed.  This block
  277.      is encapsulated with `REG_LIBCALL' and `REG_RETVAL' notes on the
  278.      first and last insns, respectively.
  279. `REG_LABEL'
  280.      This insn uses OP, a `code_label', but is not a `jump_insn'.  The
  281.      presence of this note allows jump optimization to be aware that OP
  282.      is, in fact, being used.
  283.    The following notes describe attributes of outputs of an insn:
  284. `REG_EQUIV'
  285. `REG_EQUAL'
  286.      This note is only valid on an insn that sets only one register and
  287.      indicates that that register will be equal to OP at run time; the
  288.      scope of this equivalence differs between the two types of notes.
  289.      The value which the insn explicitly copies into the register may
  290.      look different from OP, but they will be equal at run time.  If the
  291.      output of the single `set' is a `strict_low_part' expression, the
  292.      note refers to the register that is contained in `SUBREG_REG' of
  293.      the `subreg' expression.
  294.      For `REG_EQUIV', the register is equivalent to OP throughout the
  295.      entire function, and could validly be replaced in all its
  296.      occurrences by OP.  ("Validly" here refers to the data flow of the
  297.      program; simple replacement may make some insns invalid.)  For
  298.      example, when a constant is loaded into a register that is never
  299.      assigned any other value, this kind of note is used.
  300.      When a parameter is copied into a pseudo-register at entry to a
  301.      function, a note of this kind records that the register is
  302.      equivalent to the stack slot where the parameter was passed.
  303.      Although in this case the register may be set by other insns, it
  304.      is still valid to replace the register by the stack slot
  305.      throughout the function.
  306.      In the case of `REG_EQUAL', the register that is set by this insn
  307.      will be equal to OP at run time at the end of this insn but not
  308.      necessarily elsewhere in the function.  In this case, OP is
  309.      typically an arithmetic expression.  For example, when a sequence
  310.      of insns such as a library call is used to perform an arithmetic
  311.      operation, this kind of note is attached to the insn that produces
  312.      or copies the final value.
  313.      These two notes are used in different ways by the compiler passes.
  314.      `REG_EQUAL' is used by passes prior to register allocation (such as
  315.      common subexpression elimination and loop optimization) to tell
  316.      them how to think of that value.  `REG_EQUIV' notes are used by
  317.      register allocation to indicate that there is an available
  318.      substitute expression (either a constant or a `mem' expression for
  319.      the location of a parameter on the stack) that may be used in
  320.      place of a register if insufficient registers are available.
  321.      Except for stack homes for parameters, which are indicated by a
  322.      `REG_EQUIV' note and are not useful to the early optimization
  323.      passes and pseudo registers that are equivalent to a memory
  324.      location throughout there entire life, which is not detected until
  325.      later in the compilation, all equivalences are initially indicated
  326.      by an attached `REG_EQUAL' note.  In the early stages of register
  327.      allocation, a `REG_EQUAL' note is changed into a `REG_EQUIV' note
  328.      if OP is a constant and the insn represents the only set of its
  329.      destination register.
  330.      Thus, compiler passes prior to register allocation need only check
  331.      for `REG_EQUAL' notes and passes subsequent to register allocation
  332.      need only check for `REG_EQUIV' notes.
  333. `REG_UNUSED'
  334.      The register OP being set by this insn will not be used in a
  335.      subsequent insn.  This differs from a `REG_DEAD' note, which
  336.      indicates that the value in an input will not be used subsequently.
  337.      These two notes are independent; both may be present for the same
  338.      register.
  339. `REG_WAS_0'
  340.      The single output of this insn contained zero before this insn.
  341.      OP is the insn that set it to zero.  You can rely on this note if
  342.      it is present and OP has not been deleted or turned into a `note';
  343.      its absence implies nothing.
  344.    These notes describe linkages between insns.  They occur in pairs:
  345. one insn has one of a pair of notes that points to a second insn, which
  346. has the inverse note pointing back to the first insn.
  347. `REG_RETVAL'
  348.      This insn copies the value of a multi-insn sequence (for example, a
  349.      library call), and OP is the first insn of the sequence (for a
  350.      library call, the first insn that was generated to set up the
  351.      arguments for the library call).
  352.      Loop optimization uses this note to treat such a sequence as a
  353.      single operation for code motion purposes and flow analysis uses
  354.      this note to delete such sequences whose results are dead.
  355.      A `REG_EQUAL' note will also usually be attached to this insn to
  356.      provide the expression being computed by the sequence.
  357. `REG_LIBCALL'
  358.      This is the inverse of `REG_RETVAL': it is placed on the first
  359.      insn of a multi-insn sequence, and it points to the last one.
  360. `REG_CC_SETTER'
  361. `REG_CC_USER'
  362.      On machines that use `cc0', the insns which set and use `cc0' set
  363.      and use `cc0' are adjacent.  However, when branch delay slot
  364.      filling is done, this may no longer be true.  In this case a
  365.      `REG_CC_USER' note will be placed on the insn setting `cc0' to
  366.      point to the insn using `cc0' and a `REG_CC_SETTER' note will be
  367.      placed on the insn using `cc0' to point to the insn setting `cc0'.
  368.    These values are only used in the `LOG_LINKS' field, and indicate
  369. the type of dependency that each link represents.  Links which indicate
  370. a data dependence (a read after write dependence) do not use any code,
  371. they simply have mode `VOIDmode', and are printed without any
  372. descriptive text.
  373. `REG_DEP_ANTI'
  374.      This indicates an anti dependence (a write after read dependence).
  375. `REG_DEP_OUTPUT'
  376.      This indicates an output dependence (a write after write
  377.      dependence).
  378.    For convenience, the machine mode in an `insn_list' or `expr_list'
  379. is printed using these symbolic codes in debugging dumps.
  380.    The only difference between the expression codes `insn_list' and
  381. `expr_list' is that the first operand of an `insn_list' is assumed to
  382. be an insn and is printed in debugging dumps as the insn's unique id;
  383. the first operand of an `expr_list' is printed in the ordinary way as
  384. an expression.
  385. File: gcc.info,  Node: Calls,  Next: Sharing,  Prev: Insns,  Up: RTL
  386. RTL Representation of Function-Call Insns
  387. =========================================
  388.    Insns that call subroutines have the RTL expression code `call_insn'.
  389. These insns must satisfy special rules, and their bodies must use a
  390. special RTL expression code, `call'.
  391.    A `call' expression has two operands, as follows:
  392.      (call (mem:FM ADDR) NBYTES)
  393. Here NBYTES is an operand that represents the number of bytes of
  394. argument data being passed to the subroutine, FM is a machine mode
  395. (which must equal as the definition of the `FUNCTION_MODE' macro in the
  396. machine description) and ADDR represents the address of the subroutine.
  397.    For a subroutine that returns no value, the `call' expression as
  398. shown above is the entire body of the insn, except that the insn might
  399. also contain `use' or `clobber' expressions.
  400.    For a subroutine that returns a value whose mode is not `BLKmode',
  401. the value is returned in a hard register.  If this register's number is
  402. R, then the body of the call insn looks like this:
  403.      (set (reg:M R)
  404.           (call (mem:FM ADDR) NBYTES))
  405. This RTL expression makes it clear (to the optimizer passes) that the
  406. appropriate register receives a useful value in this insn.
  407.    When a subroutine returns a `BLKmode' value, it is handled by
  408. passing to the subroutine the address of a place to store the value.
  409. So the call insn itself does not "return" any value, and it has the
  410. same RTL form as a call that returns nothing.
  411.    On some machines, the call instruction itself clobbers some register,
  412. for example to contain the return address.  `call_insn' insns on these
  413. machines should have a body which is a `parallel' that contains both
  414. the `call' expression and `clobber' expressions that indicate which
  415. registers are destroyed.  Similarly, if the call instruction requires
  416. some register other than the stack pointer that is not explicitly
  417. mentioned it its RTL, a `use' subexpression should mention that
  418. register.
  419.    Functions that are called are assumed to modify all registers listed
  420. in the configuration macro `CALL_USED_REGISTERS' (*note Register
  421. Basics::.) and, with the exception of `const' functions and library
  422. calls, to modify all of memory.
  423.    Insns containing just `use' expressions directly precede the
  424. `call_insn' insn to indicate which registers contain inputs to the
  425. function.  Similarly, if registers other than those in
  426. `CALL_USED_REGISTERS' are clobbered by the called function, insns
  427. containing a single `clobber' follow immediately after the call to
  428. indicate which registers.
  429. File: gcc.info,  Node: Sharing,  Next: Reading RTL,  Prev: Calls,  Up: RTL
  430. Structure Sharing Assumptions
  431. =============================
  432.    The compiler assumes that certain kinds of RTL expressions are
  433. unique; there do not exist two distinct objects representing the same
  434. value.  In other cases, it makes an opposite assumption: that no RTL
  435. expression object of a certain kind appears in more than one place in
  436. the containing structure.
  437.    These assumptions refer to a single function; except for the RTL
  438. objects that describe global variables and external functions, and a
  439. few standard objects such as small integer constants, no RTL objects
  440. are common to two functions.
  441.    * Each pseudo-register has only a single `reg' object to represent
  442.      it, and therefore only a single machine mode.
  443.    * For any symbolic label, there is only one `symbol_ref' object
  444.      referring to it.
  445.    * There is only one `const_int' expression with value 0, only one
  446.      with value 1, and only one with value -1.  Some other integer
  447.      values are also stored uniquely.
  448.    * There is only one `pc' expression.
  449.    * There is only one `cc0' expression.
  450.    * There is only one `const_double' expression with value 0 for each
  451.      floating point mode.  Likewise for values 1 and 2.
  452.    * No `label_ref' or `scratch' appears in more than one place in the
  453.      RTL structure; in other words, it is safe to do a tree-walk of all
  454.      the insns in the function and assume that each time a `label_ref'
  455.      or `scratch' is seen it is distinct from all others that are seen.
  456.    * Only one `mem' object is normally created for each static variable
  457.      or stack slot, so these objects are frequently shared in all the
  458.      places they appear.  However, separate but equal objects for these
  459.      variables are occasionally made.
  460.    * When a single `asm' statement has multiple output operands, a
  461.      distinct `asm_operands' expression is made for each output operand.
  462.      However, these all share the vector which contains the sequence of
  463.      input operands.  This sharing is used later on to test whether two
  464.      `asm_operands' expressions come from the same statement, so all
  465.      optimizations must carefully preserve the sharing if they copy the
  466.      vector at all.
  467.    * No RTL object appears in more than one place in the RTL structure
  468.      except as described above.  Many passes of the compiler rely on
  469.      this by assuming that they can modify RTL objects in place without
  470.      unwanted side-effects on other insns.
  471.    * During initial RTL generation, shared structure is freely
  472.      introduced.  After all the RTL for a function has been generated,
  473.      all shared structure is copied by `unshare_all_rtl' in
  474.      `emit-rtl.c', after which the above rules are guaranteed to be
  475.      followed.
  476.    * During the combiner pass, shared structure within an insn can exist
  477.      temporarily.  However, the shared structure is copied before the
  478.      combiner is finished with the insn.  This is done by calling
  479.      `copy_rtx_if_shared', which is a subroutine of `unshare_all_rtl'.
  480. File: gcc.info,  Node: Reading RTL,  Prev: Sharing,  Up: RTL
  481. Reading RTL
  482. ===========
  483.    To read an RTL object from a file, call `read_rtx'.  It takes one
  484. argument, a stdio stream, and returns a single RTL object.
  485.    Reading RTL from a file is very slow.  This is no currently not a
  486. problem because reading RTL occurs only as part of building the
  487. compiler.
  488.    People frequently have the idea of using RTL stored as text in a
  489. file as an interface between a language front end and the bulk of GNU
  490. CC.  This idea is not feasible.
  491.    GNU CC was designed to use RTL internally only.  Correct RTL for a
  492. given program is very dependent on the particular target machine.  And
  493. the RTL does not contain all the information about the program.
  494.    The proper way to interface GNU CC to a new language front end is
  495. with the "tree" data structure.  There is no manual for this data
  496. structure, but it is described in the files `tree.h' and `tree.def'.
  497. File: gcc.info,  Node: Machine Desc,  Next: Target Macros,  Prev: RTL,  Up: Top
  498. Machine Descriptions
  499. ********************
  500.    A machine description has two parts: a file of instruction patterns
  501. (`.md' file) and a C header file of macro definitions.
  502.    The `.md' file for a target machine contains a pattern for each
  503. instruction that the target machine supports (or at least each
  504. instruction that is worth telling the compiler about).  It may also
  505. contain comments.  A semicolon causes the rest of the line to be a
  506. comment, unless the semicolon is inside a quoted string.
  507.    See the next chapter for information on the C header file.
  508. * Menu:
  509. * Patterns::            How to write instruction patterns.
  510. * Example::             An explained example of a `define_insn' pattern.
  511. * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
  512. * Output Template::     The output template says how to make assembler code
  513.                           from such an insn.
  514. * Output Statement::    For more generality, write C code to output
  515.                           the assembler code.
  516. * Constraints::         When not all operands are general operands.
  517. * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
  518. * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
  519. * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
  520. * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
  521. * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
  522. * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
  523. * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
  524.                          for a standard operation.
  525. * Insn Splitting::    Splitting Instructions into Multiple Instructions
  526. * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
  527. File: gcc.info,  Node: Patterns,  Next: Example,  Up: Machine Desc
  528. Everything about Instruction Patterns
  529. =====================================
  530.    Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with
  531. pieces to be filled in later, operand constraints that restrict how the
  532. pieces can be filled in, and an output pattern or C code to generate
  533. the assembler output, all wrapped up in a `define_insn' expression.
  534.    A `define_insn' is an RTL expression containing four or five
  535. operands:
  536.   1. An optional name.  The presence of a name indicate that this
  537.      instruction pattern can perform a certain standard job for the
  538.      RTL-generation pass of the compiler.  This pass knows certain
  539.      names and will use the instruction patterns with those names, if
  540.      the names are defined in the machine description.
  541.      The absence of a name is indicated by writing an empty string
  542.      where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
  543.      used for generating RTL code, but they may permit several simpler
  544.      insns to be combined later on.
  545.      Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
  546.      effect; they are equivalent to no name at all.
  547.   2. The "RTL template" (*note RTL Template::.) is a vector of
  548.      incomplete RTL expressions which show what the instruction should
  549.      look like.  It is incomplete because it may contain
  550.      `match_operand', `match_operator', and `match_dup' expressions
  551.      that stand for operands of the instruction.
  552.      If the vector has only one element, that element is the template
  553.      for the instruction pattern.  If the vector has multiple elements,
  554.      then the instruction pattern is a `parallel' expression containing
  555.      the elements described.
  556.   3. A condition.  This is a string which contains a C expression that
  557.      is the final test to decide whether an insn body matches this
  558.      pattern.
  559.      For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
  560.      the data in the insn being matched, but only the
  561.      target-machine-type flags.  The compiler needs to test these
  562.      conditions during initialization in order to learn exactly which
  563.      named instructions are available in a particular run.
  564.      For nameless patterns, the condition is applied only when matching
  565.      an individual insn, and only after the insn has matched the
  566.      pattern's recognition template.  The insn's operands may be found
  567.      in the vector `operands'.
  568.   4. The "output template": a string that says how to output matching
  569.      insns as assembler code.  `%' in this string specifies where to
  570.      substitute the value of an operand.  *Note Output Template::.
  571.      When simple substitution isn't general enough, you can specify a
  572.      piece of C code to compute the output.  *Note Output Statement::.
  573.   5. Optionally, a vector containing the values of attributes for insns
  574.      matching this pattern.  *Note Insn Attributes::.
  575. File: gcc.info,  Node: Example,  Next: RTL Template,  Prev: Patterns,  Up: Machine Desc
  576. Example of `define_insn'
  577. ========================
  578.    Here is an actual example of an instruction pattern, for the
  579. 68000/68020.
  580.      (define_insn "tstsi"
  581.        [(set (cc0)
  582.              (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
  583.        ""
  584.        "*
  585.      { if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
  586.          return \"tstl %0\";
  587.        return \"cmpl #0,%0\"; }")
  588.    This is an instruction that sets the condition codes based on the
  589. value of a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL
  590. description has the form shown may be handled according to this
  591. pattern.  The name `tstsi' means "test a `SImode' value" and tells the
  592. RTL generation pass that, when it is necessary to test such a value, an
  593. insn to do so can be constructed using this pattern.
  594.    The output control string is a piece of C code which chooses which
  595. output template to return based on the kind of operand and the specific
  596. type of CPU for which code is being generated.
  597.    `"rm"' is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
  598. File: gcc.info,  Node: RTL Template,  Next: Output Template,  Prev: Example,  Up: Machine Desc
  599. RTL Template
  600. ============
  601.    The RTL template is used to define which insns match the particular
  602. pattern and how to find their operands.  For named patterns, the RTL
  603. template also says how to construct an insn from specified operands.
  604.    Construction involves substituting specified operands into a copy of
  605. the template.  Matching involves determining the values that serve as
  606. the operands in the insn being matched.  Both of these activities are
  607. controlled by special expression types that direct matching and
  608. substitution of the operands.
  609. `(match_operand:M N PREDICATE CONSTRAINT)'
  610.      This expression is a placeholder for operand number N of the insn.
  611.      When constructing an insn, operand number N will be substituted
  612.      at this point.  When matching an insn, whatever appears at this
  613.      position in the insn will be taken as operand number N; but it
  614.      must satisfy PREDICATE or this instruction pattern will not match
  615.      at all.
  616.      Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
  617.      each instruction pattern.  There may be only one `match_operand'
  618.      expression in the pattern for each operand number.  Usually
  619.      operands are numbered in the order of appearance in `match_operand'
  620.      expressions.
  621.      PREDICATE is a string that is the name of a C function that
  622.      accepts two arguments, an expression and a machine mode.  During
  623.      matching, the function will be called with the putative operand as
  624.      the expression and M as the mode argument (if M is not specified,
  625.      `VOIDmode' will be used, which normally causes PREDICATE to accept
  626.      any mode).  If it returns zero, this instruction pattern fails to
  627.      match.  PREDICATE may be an empty string; then it means no test is
  628.      to be done on the operand, so anything which occurs in this
  629.      position is valid.
  630.      Most of the time, PREDICATE will reject modes other than M--but
  631.      not always.  For example, the predicate `address_operand' uses M
  632.      as the mode of memory ref that the address should be valid for.
  633.      Many predicates accept `const_int' nodes even though their mode is
  634.      `VOIDmode'.
  635.      CONSTRAINT controls reloading and the choice of the best register
  636.      class to use for a value, as explained later (*note
  637.      Constraints::.).
  638.      People are often unclear on the difference between the constraint
  639.      and the predicate.  The predicate helps decide whether a given
  640.      insn matches the pattern.  The constraint plays no role in this
  641.      decision; instead, it controls various decisions in the case of an
  642.      insn which does match.
  643.      On CISC machines, the most common PREDICATE is
  644.      `"general_operand"'.  This function checks that the putative
  645.      operand is either a constant, a register or a memory reference,
  646.      and that it is valid for mode M.
  647.      For an operand that must be a register, PREDICATE should be
  648.      `"register_operand"'.  Using `"general_operand"' would be valid,
  649.      since the reload pass would copy any non-register operands through
  650.      registers, but this would make GNU CC do extra work, it would
  651.      prevent invariant operands (such as constant) from being removed
  652.      from loops, and it would prevent the register allocator from doing
  653.      the best possible job.  On RISC machines, it is usually most
  654.      efficient to allow PREDICATE to accept only objects that the
  655.      constraints allow.
  656.      For an operand that must be a constant, you must be sure to either
  657.      use `"immediate_operand"' for PREDICATE, or make the instruction
  658.      pattern's extra condition require a constant, or both.  You cannot
  659.      expect the constraints to do this work!  If the constraints allow
  660.      only constants, but the predicate allows something else, the
  661.      compiler will crash when that case arises.
  662. `(match_scratch:M N CONSTRAINT)'
  663.      This expression is also a placeholder for operand number N and
  664.      indicates that operand must be a `scratch' or `reg' expression.
  665.      When matching patterns, this is completely equivalent to
  666.           (match_operand:M N "scratch_operand" PRED)
  667.      but, when generating RTL, it produces a (`scratch':M) expression.
  668.      If the last few expressions in a `parallel' are `clobber'
  669.      expressions whose operands are either a hard register or
  670.      `match_scratch', the combiner can add them when necessary.  *Note
  671.      Side Effects::.
  672. `(match_dup N)'
  673.      This expression is also a placeholder for operand number N.  It is
  674.      used when the operand needs to appear more than once in the insn.
  675.      In construction, `match_dup' acts just like `match_operand': the
  676.      operand is substituted into the insn being constructed.  But in
  677.      matching, `match_dup' behaves differently.  It assumes that operand
  678.      number N has already been determined by a `match_operand'
  679.      appearing earlier in the recognition template, and it matches only
  680.      an identical-looking expression.
  681. `(match_operator:M N PREDICATE [OPERANDS...])'
  682.      This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
  683.      code.
  684.      When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
  685.      expression code is taken from that of operand N, and whose
  686.      operands are constructed from the patterns OPERANDS.
  687.      When matching an expression, it matches an expression if the
  688.      function PREDICATE returns nonzero on that expression *and* the
  689.      patterns OPERANDS match the operands of the expression.
  690.      Suppose that the function `commutative_operator' is defined as
  691.      follows, to match any expression whose operator is one of the
  692.      commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is MODE:
  693.           int
  694.           commutative_operator (x, mode)
  695.                rtx x;
  696.                enum machine_mode mode;
  697.           {
  698.             enum rtx_code code = GET_CODE (x);
  699.             if (GET_MODE (x) != mode)
  700.               return 0;
  701.             return (GET_RTX_CLASS (code) == 'c'
  702.                     || code == EQ || code == NE);
  703.           }
  704.      Then the following pattern will match any RTL expression consisting
  705.      of a commutative operator applied to two general operands:
  706.           (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
  707.             [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
  708.              (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
  709.      Here the vector `[OPERANDS...]' contains two patterns because the
  710.      expressions to be matched all contain two operands.
  711.      When this pattern does match, the two operands of the commutative
  712.      operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is
  713.      done by the two instances of `match_operand'.)  Operand 3 of the
  714.      insn will be the entire commutative expression: use `GET_CODE
  715.      (operands[3])' to see which commutative operator was used.
  716.      The machine mode M of `match_operator' works like that of
  717.      `match_operand': it is passed as the second argument to the
  718.      predicate function, and that function is solely responsible for
  719.      deciding whether the expression to be matched "has" that mode.
  720.      When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will
  721.      specify the operation (i.e. the expression code) for the
  722.      expression to be made.  It should be an RTL expression, whose
  723.      expression code is copied into a new expression whose operands are
  724.      arguments 1 and 2 of the gen-function.  The subexpressions of
  725.      argument 3 are not used; only its expression code matters.
  726.      When `match_operator' is used in a pattern for matching an insn,
  727.      it usually best if the operand number of the `match_operator' is
  728.      higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
  729.      register allocation because the register allocator often looks at
  730.      operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
  731.      There is no way to specify constraints in `match_operator'.  The
  732.      operand of the insn which corresponds to the `match_operator'
  733.      never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
  734.      However, if parts of its OPERANDS are matched by `match_operand'
  735.      patterns, those parts may have constraints of their own.
  736. `(match_op_dup:M N[OPERANDS...])'
  737.      Like `match_dup', except that it applies to operators instead of
  738.      operands.  When constructing an insn, operand number N will be
  739.      substituted at this point.  But in matching, `match_op_dup' behaves
  740.      differently.  It assumes that operand number N has already been
  741.      determined by a `match_operator' appearing earlier in the
  742.      recognition template, and it matches only an identical-looking
  743.      expression.
  744. `(match_parallel N PREDICATE [SUBPAT...])'
  745.      This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
  746.      `parallel' expression with a variable number of elements.  This
  747.      expression should only appear at the top level of an insn pattern.
  748.      When constructing an insn, operand number N will be substituted at
  749.      this point.  When matching an insn, it matches if the body of the
  750.      insn is a `parallel' expression with at least as many elements as
  751.      the vector of SUBPAT expressions in the `match_parallel', if each
  752.      SUBPAT matches the corresponding element of the `parallel', *and*
  753.      the function PREDICATE returns nonzero on the `parallel' that is
  754.      the body of the insn.  It is the responsibility of the predicate
  755.      to validate elements of the `parallel' beyond those listed in the
  756.      `match_parallel'.
  757.      A typical use of `match_parallel' is to match load and store
  758.      multiple expressions, which can contains a variable number of
  759.      elements in a `parallel'.  For example,
  760.           (define_insn ""
  761.             [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
  762.                [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
  763.                      (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
  764.                 (use (reg:SI 179))
  765.                 (clobber (reg:SI 179))])]
  766.             ""
  767.             "loadm 0,0,%1,%2")
  768.      This example comes from `a29k.md'.  The function
  769.      `load_multiple_operations' is defined in `a29k.c' and checks that
  770.      subsequent elements in the `parallel' are the same as the `set' in
  771.      the pattern, except that they are referencing subsequent registers
  772.      and memory locations.
  773.      An insn that matches this pattern might look like:
  774.           (parallel
  775.            [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
  776.             (use (reg:SI 179))
  777.             (clobber (reg:SI 179))
  778.             (set (reg:SI 21)
  779.                  (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
  780.                                   (const_int 4))))
  781.             (set (reg:SI 22)
  782.                  (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
  783.                                   (const_int 8))))])
  784. `(match_par_dup N [SUBPAT...])'
  785.      Like `match_op_dup', but for `match_parallel' instead of
  786.      `match_operator'.
  787. `(address (match_operand:M N "address_operand" ""))'
  788.      This complex of expressions is a placeholder for an operand number
  789.      N in a "load address" instruction: an operand which specifies a
  790.      memory location in the usual way, but for which the actual operand
  791.      value used is the address of the location, not the contents of the
  792.      location.
  793.      `address' expressions never appear in RTL code, only in machine
  794.      descriptions.  And they are used only in machine descriptions that
  795.      do not use the operand constraint feature.  When operand
  796.      constraints are in use, the letter `p' in the constraint serves
  797.      this purpose.
  798.      M is the machine mode of the *memory location being addressed*,
  799.      not the machine mode of the address itself.  That mode is always
  800.      the same on a given target machine (it is `Pmode', which normally
  801.      is `SImode'), so there is no point in mentioning it; thus, no
  802.      machine mode is written in the `address' expression.  If some day
  803.      support is added for machines in which addresses of different
  804.      kinds of objects appear differently or are used differently (such
  805.      as the PDP-10), different formats would perhaps need different
  806.      machine modes and these modes might be written in the `address'
  807.      expression.
  808. File: gcc.info,  Node: Output Template,  Next: Output Statement,  Prev: RTL Template,  Up: Machine Desc
  809. Output Templates and Operand Substitution
  810. =========================================
  811.    The "output template" is a string which specifies how to output the
  812. assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
  813. fixed string which is output literally.  The character `%' is used to
  814. specify where to substitute an operand; it can also be used to identify
  815. places where different variants of the assembler require different
  816. syntax.
  817.    In the simplest case, a `%' followed by a digit N says to output
  818. operand N at that point in the string.
  819.    `%' followed by a letter and a digit says to output an operand in an
  820. alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings
  821. described below.  The machine description macro `PRINT_OPERAND' can
  822. define additional letters with nonstandard meanings.
  823.    `%cDIGIT' can be used to substitute an operand that is a constant
  824. value without the syntax that normally indicates an immediate operand.
  825.    `%nDIGIT' is like `%cDIGIT' except that the value of the constant is
  826. negated before printing.
  827.    `%aDIGIT' can be used to substitute an operand as if it were a
  828. memory reference, with the actual operand treated as the address.  This
  829. may be useful when outputting a "load address" instruction, because
  830. often the assembler syntax for such an instruction requires you to
  831. write the operand as if it were a memory reference.
  832.    `%lDIGIT' is used to substitute a `label_ref' into a jump
  833. instruction.
  834.    `%=' outputs a number which is unique to each instruction in the
  835. entire compilation.  This is useful for making local labels to be
  836. referred to more than once in a single template that generates multiple
  837. assembler instructions.
  838.    `%' followed by a punctuation character specifies a substitution that
  839. does not use an operand.  Only one case is standard: `%%' outputs a `%'
  840. into the assembler code.  Other nonstandard cases can be defined in the
  841. `PRINT_OPERAND' macro.  You must also define which punctuation
  842. characters are valid with the `PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P' macro.
  843.    The template may generate multiple assembler instructions.  Write
  844. the text for the instructions, with `\;' between them.
  845.    When the RTL contains two operands which are required by constraint
  846. to match each other, the output template must refer only to the
  847. lower-numbered operand.  Matching operands are not always identical,
  848. and the rest of the compiler arranges to put the proper RTL expression
  849. for printing into the lower-numbered operand.
  850.    One use of nonstandard letters or punctuation following `%' is to
  851. distinguish between different assembler languages for the same machine;
  852. for example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola
  853. syntax requires periods in most opcode names, while MIT syntax does
  854. not.  For example, the opcode `movel' in MIT syntax is `move.l' in
  855. Motorola syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of
  856. output syntax, but the character sequence `%.' is used in each place
  857. where Motorola syntax wants a period.  The `PRINT_OPERAND' macro for
  858. Motorola syntax defines the sequence to output a period; the macro for
  859. MIT syntax defines it to do nothing.
  860.    As a special case, a template consisting of the single character `#'
  861. instructs the compiler to first split the insn, and then output the
  862. resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in
  863. the output templates.   If you have a `define_insn' that needs to emit
  864. multiple assembler instructions, and there is an matching `define_split'
  865. already defined, then you can simply use `#' as the output template
  866. instead of writing an output template that emits the multiple assembler
  867. instructions.
  868.    If `ASSEMBLER_DIALECT' is defined, templates may contain strings of
  869. the form `{option0|option1|option2}' which represent variants of
  870. assembler language syntax.  *Note Instruction Output::.
  871.