home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Languguage OS 2 / Languguage OS II Version 10-94 (Knowledge Media)(1994).ISO / gnu / gcc_260.zip / gcc_260 / gcc.info-14 (.txt) < prev    next >
GNU Info File  |  1994-07-14  |  51KB  |  873 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 contain 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.      `call_insn' insns have the same extra fields as `insn' insns,
  99.      accessed in the same way and in addition contain a field
  100.      `CALL_INSN_FUNCTION_USAGE', which contains a list (chain of
  101.      `expr_list' expressions) containing `use' and `clobber'
  102.      expressions that denote hard registers used or clobbered by the
  103.      called function.  A register specified in a `clobber' in this list
  104.      is modified *after* the execution of the `call_insn', while a
  105.      register in a `clobber' in the body of the `call_insn' is
  106.      clobbered before the insn completes execution.  `clobber'
  107.      expressions in this list augment registers specified in
  108.      `CALL_USED_REGISTERS' (*note Register Basics::.).
  109. `code_label'
  110.      A `code_label' insn represents a label that a jump insn can jump
  111.      to.  It contains two special fields of data in addition to the
  112.      three standard ones.  `CODE_LABEL_NUMBER' is used to hold the
  113.      "label number", a number that identifies this label uniquely among
  114.      all the labels in the compilation (not just in the current
  115.      function).  Ultimately, the label is represented in the assembler
  116.      output as an assembler label, usually of the form `LN' where N is
  117.      the label number.
  118.      When a `code_label' appears in an RTL expression, it normally
  119.      appears within a `label_ref' which represents the address of the
  120.      label, as a number.
  121.      The field `LABEL_NUSES' is only defined once the jump optimization
  122.      phase is completed and contains the number of times this label is
  123.      referenced in the current function.
  124. `barrier'
  125.      Barriers are placed in the instruction stream when control cannot
  126.      flow past them.  They are placed after unconditional jump
  127.      instructions to indicate that the jumps are unconditional and
  128.      after calls to `volatile' functions, which do not return (e.g.,
  129.      `exit').  They contain no information beyond the three standard
  130.      fields.
  131. `note'
  132.      `note' insns are used to represent additional debugging and
  133.      declarative information.  They contain two nonstandard fields, an
  134.      integer which is accessed with the macro `NOTE_LINE_NUMBER' and a
  135.      string accessed with `NOTE_SOURCE_FILE'.
  136.      If `NOTE_LINE_NUMBER' is positive, the note represents the
  137.      position of a source line and `NOTE_SOURCE_FILE' is the source
  138.      file name that the line came from.  These notes control generation
  139.      of line number data in the assembler output.
  140.      Otherwise, `NOTE_LINE_NUMBER' is not really a line number but a
  141.      code with one of the following values (and `NOTE_SOURCE_FILE' must
  142.      contain a null pointer):
  143.     `NOTE_INSN_DELETED'
  144.           Such a note is completely ignorable.  Some passes of the
  145.           compiler delete insns by altering them into notes of this
  146.           kind.
  147.     `NOTE_INSN_BLOCK_BEG'
  148.     `NOTE_INSN_BLOCK_END'
  149.           These types of notes indicate the position of the beginning
  150.           and end of a level of scoping of variable names.  They
  151.           control the output of debugging information.
  152.     `NOTE_INSN_LOOP_BEG'
  153.     `NOTE_INSN_LOOP_END'
  154.           These types of notes indicate the position of the beginning
  155.           and end of a `while' or `for' loop.  They enable the loop
  156.           optimizer to find loops quickly.
  157.     `NOTE_INSN_LOOP_CONT'
  158.           Appears at the place in a loop that `continue' statements
  159.           jump to.
  160.     `NOTE_INSN_LOOP_VTOP'
  161.           This note indicates the place in a loop where the exit test
  162.           begins for those loops in which the exit test has been
  163.           duplicated.  This position becomes another virtual start of
  164.           the loop when considering loop invariants.
  165.     `NOTE_INSN_FUNCTION_END'
  166.           Appears near the end of the function body, just before the
  167.           label that `return' statements jump to (on machine where a
  168.           single instruction does not suffice for returning).  This
  169.           note may be deleted by jump optimization.
  170.     `NOTE_INSN_SETJMP'
  171.           Appears following each call to `setjmp' or a related function.
  172.      These codes are printed symbolically when they appear in debugging
  173.      dumps.
  174.    The machine mode of an insn is normally `VOIDmode', but some phases
  175. use the mode for various purposes; for example, the reload pass sets it
  176. to `HImode' if the insn needs reloading but not register elimination
  177. and `QImode' if both are required.  The common subexpression
  178. elimination pass sets the mode of an insn to `QImode' when it is the
  179. first insn in a block that has already been processed.
  180.    Here is a table of the extra fields of `insn', `jump_insn' and
  181. `call_insn' insns:
  182. `PATTERN (I)'
  183.      An expression for the side effect performed by this insn.  This
  184.      must be one of the following codes: `set', `call', `use',
  185.      `clobber', `return', `asm_input', `asm_output', `addr_vec',
  186.      `addr_diff_vec', `trap_if', `unspec', `unspec_volatile',
  187.      `parallel', or `sequence'.  If it is a `parallel', each element of
  188.      the `parallel' must be one these codes, except that `parallel'
  189.      expressions cannot be nested and `addr_vec' and `addr_diff_vec'
  190.      are not permitted inside a `parallel' expression.
  191. `INSN_CODE (I)'
  192.      An integer that says which pattern in the machine description
  193.      matches this insn, or -1 if the matching has not yet been
  194.      attempted.
  195.      Such matching is never attempted and this field remains -1 on an
  196.      insn whose pattern consists of a single `use', `clobber',
  197.      `asm_input', `addr_vec' or `addr_diff_vec' expression.
  198.      Matching is also never attempted on insns that result from an `asm'
  199.      statement.  These contain at least one `asm_operands' expression.
  200.      The function `asm_noperands' returns a non-negative value for such
  201.      insns.
  202.      In the debugging output, this field is printed as a number
  203.      followed by a symbolic representation that locates the pattern in
  204.      the `md' file as some small positive or negative offset from a
  205.      named pattern.
  206. `LOG_LINKS (I)'
  207.      A list (chain of `insn_list' expressions) giving information about
  208.      dependencies between instructions within a basic block.  Neither a
  209.      jump nor a label may come between the related insns.
  210. `REG_NOTES (I)'
  211.      A list (chain of `expr_list' and `insn_list' expressions) giving
  212.      miscellaneous information about the insn.  It is often information
  213.      pertaining to the registers used in this insn.
  214.    The `LOG_LINKS' field of an insn is a chain of `insn_list'
  215. expressions.  Each of these has two operands: the first is an insn, and
  216. the second is another `insn_list' expression (the next one in the
  217. chain).  The last `insn_list' in the chain has a null pointer as second
  218. operand.  The significant thing about the chain is which insns appear
  219. in it (as first operands of `insn_list' expressions).  Their order is
  220. not significant.
  221.    This list is originally set up by the flow analysis pass; it is a
  222. null pointer until then.  Flow only adds links for those data
  223. dependencies which can be used for instruction combination.  For each
  224. insn, the flow analysis pass adds a link to insns which store into
  225. registers values that are used for the first time in this insn.  The
  226. instruction scheduling pass adds extra links so that every dependence
  227. will be represented.  Links represent data dependencies,
  228. antidependencies and output dependencies; the machine mode of the link
  229. distinguishes these three types: antidependencies have mode
  230. `REG_DEP_ANTI', output dependencies have mode `REG_DEP_OUTPUT', and
  231. data dependencies have mode `VOIDmode'.
  232.    The `REG_NOTES' field of an insn is a chain similar to the
  233. `LOG_LINKS' field but it includes `expr_list' expressions in addition
  234. to `insn_list' expressions.  There are several kinds of register notes,
  235. which are distinguished by the machine mode, which in a register note
  236. is really understood as being an `enum reg_note'.  The first operand OP
  237. of the note is data whose meaning depends on the kind of note.
  238.    The macro `REG_NOTE_KIND (X)' returns the kind of register note.
  239. Its counterpart, the macro `PUT_REG_NOTE_KIND (X, NEWKIND)' sets the
  240. register note type of X to be NEWKIND.
  241.    Register notes are of three classes: They may say something about an
  242. input to an insn, they may say something about an output of an insn, or
  243. they may create a linkage between two insns.  There are also a set of
  244. values that are only used in `LOG_LINKS'.
  245.    These register notes annotate inputs to an insn:
  246. `REG_DEAD'
  247.      The value in OP dies in this insn; that is to say, altering the
  248.      value immediately after this insn would not affect the future
  249.      behavior of the program.
  250.      This does not necessarily mean that the register OP has no useful
  251.      value after this insn since it may also be an output of the insn.
  252.      In such a case, however, a `REG_DEAD' note would be redundant and
  253.      is usually not present until after the reload pass, but no code
  254.      relies on this fact.
  255. `REG_INC'
  256.      The register OP is incremented (or decremented; at this level
  257.      there is no distinction) by an embedded side effect inside this
  258.      insn.  This means it appears in a `post_inc', `pre_inc',
  259.      `post_dec' or `pre_dec' expression.
  260. `REG_NONNEG'
  261.      The register OP is known to have a nonnegative value when this
  262.      insn is reached.  This is used so that decrement and branch until
  263.      zero instructions, such as the m68k dbra, can be matched.
  264.      The `REG_NONNEG' note is added to insns only if the machine
  265.      description has a `decrement_and_branch_until_zero' pattern.
  266. `REG_NO_CONFLICT'
  267.      This insn does not cause a conflict between OP and the item being
  268.      set by this insn even though it might appear that it does.  In
  269.      other words, if the destination register and OP could otherwise be
  270.      assigned the same register, this insn does not prevent that
  271.      assignment.
  272.      Insns with this note are usually part of a block that begins with a
  273.      `clobber' insn specifying a multi-word pseudo register (which will
  274.      be the output of the block), a group of insns that each set one
  275.      word of the value and have the `REG_NO_CONFLICT' note attached,
  276.      and a final insn that copies the output to itself with an attached
  277.      `REG_EQUAL' note giving the expression being computed.  This block
  278.      is encapsulated with `REG_LIBCALL' and `REG_RETVAL' notes on the
  279.      first and last insns, respectively.
  280. `REG_LABEL'
  281.      This insn uses OP, a `code_label', but is not a `jump_insn'.  The
  282.      presence of this note allows jump optimization to be aware that OP
  283.      is, in fact, being used.
  284.    The following notes describe attributes of outputs of an insn:
  285. `REG_EQUIV'
  286. `REG_EQUAL'
  287.      This note is only valid on an insn that sets only one register and
  288.      indicates that that register will be equal to OP at run time; the
  289.      scope of this equivalence differs between the two types of notes.
  290.      The value which the insn explicitly copies into the register may
  291.      look different from OP, but they will be equal at run time.  If the
  292.      output of the single `set' is a `strict_low_part' expression, the
  293.      note refers to the register that is contained in `SUBREG_REG' of
  294.      the `subreg' expression.
  295.      For `REG_EQUIV', the register is equivalent to OP throughout the
  296.      entire function, and could validly be replaced in all its
  297.      occurrences by OP.  ("Validly" here refers to the data flow of the
  298.      program; simple replacement may make some insns invalid.)  For
  299.      example, when a constant is loaded into a register that is never
  300.      assigned any other value, this kind of note is used.
  301.      When a parameter is copied into a pseudo-register at entry to a
  302.      function, a note of this kind records that the register is
  303.      equivalent to the stack slot where the parameter was passed.
  304.      Although in this case the register may be set by other insns, it
  305.      is still valid to replace the register by the stack slot
  306.      throughout the function.
  307.      In the case of `REG_EQUAL', the register that is set by this insn
  308.      will be equal to OP at run time at the end of this insn but not
  309.      necessarily elsewhere in the function.  In this case, OP is
  310.      typically an arithmetic expression.  For example, when a sequence
  311.      of insns such as a library call is used to perform an arithmetic
  312.      operation, this kind of note is attached to the insn that produces
  313.      or copies the final value.
  314.      These two notes are used in different ways by the compiler passes.
  315.      `REG_EQUAL' is used by passes prior to register allocation (such as
  316.      common subexpression elimination and loop optimization) to tell
  317.      them how to think of that value.  `REG_EQUIV' notes are used by
  318.      register allocation to indicate that there is an available
  319.      substitute expression (either a constant or a `mem' expression for
  320.      the location of a parameter on the stack) that may be used in
  321.      place of a register if insufficient registers are available.
  322.      Except for stack homes for parameters, which are indicated by a
  323.      `REG_EQUIV' note and are not useful to the early optimization
  324.      passes and pseudo registers that are equivalent to a memory
  325.      location throughout there entire life, which is not detected until
  326.      later in the compilation, all equivalences are initially indicated
  327.      by an attached `REG_EQUAL' note.  In the early stages of register
  328.      allocation, a `REG_EQUAL' note is changed into a `REG_EQUIV' note
  329.      if OP is a constant and the insn represents the only set of its
  330.      destination register.
  331.      Thus, compiler passes prior to register allocation need only check
  332.      for `REG_EQUAL' notes and passes subsequent to register allocation
  333.      need only check for `REG_EQUIV' notes.
  334. `REG_UNUSED'
  335.      The register OP being set by this insn will not be used in a
  336.      subsequent insn.  This differs from a `REG_DEAD' note, which
  337.      indicates that the value in an input will not be used subsequently.
  338.      These two notes are independent; both may be present for the same
  339.      register.
  340. `REG_WAS_0'
  341.      The single output of this insn contained zero before this insn.
  342.      OP is the insn that set it to zero.  You can rely on this note if
  343.      it is present and OP has not been deleted or turned into a `note';
  344.      its absence implies nothing.
  345.    These notes describe linkages between insns.  They occur in pairs:
  346. one insn has one of a pair of notes that points to a second insn, which
  347. has the inverse note pointing back to the first insn.
  348. `REG_RETVAL'
  349.      This insn copies the value of a multi-insn sequence (for example, a
  350.      library call), and OP is the first insn of the sequence (for a
  351.      library call, the first insn that was generated to set up the
  352.      arguments for the library call).
  353.      Loop optimization uses this note to treat such a sequence as a
  354.      single operation for code motion purposes and flow analysis uses
  355.      this note to delete such sequences whose results are dead.
  356.      A `REG_EQUAL' note will also usually be attached to this insn to
  357.      provide the expression being computed by the sequence.
  358. `REG_LIBCALL'
  359.      This is the inverse of `REG_RETVAL': it is placed on the first
  360.      insn of a multi-insn sequence, and it points to the last one.
  361. `REG_CC_SETTER'
  362. `REG_CC_USER'
  363.      On machines that use `cc0', the insns which set and use `cc0' set
  364.      and use `cc0' are adjacent.  However, when branch delay slot
  365.      filling is done, this may no longer be true.  In this case a
  366.      `REG_CC_USER' note will be placed on the insn setting `cc0' to
  367.      point to the insn using `cc0' and a `REG_CC_SETTER' note will be
  368.      placed on the insn using `cc0' to point to the insn setting `cc0'.
  369.    These values are only used in the `LOG_LINKS' field, and indicate
  370. the type of dependency that each link represents.  Links which indicate
  371. a data dependence (a read after write dependence) do not use any code,
  372. they simply have mode `VOIDmode', and are printed without any
  373. descriptive text.
  374. `REG_DEP_ANTI'
  375.      This indicates an anti dependence (a write after read dependence).
  376. `REG_DEP_OUTPUT'
  377.      This indicates an output dependence (a write after write
  378.      dependence).
  379.    For convenience, the machine mode in an `insn_list' or `expr_list'
  380. is printed using these symbolic codes in debugging dumps.
  381.    The only difference between the expression codes `insn_list' and
  382. `expr_list' is that the first operand of an `insn_list' is assumed to
  383. be an insn and is printed in debugging dumps as the insn's unique id;
  384. the first operand of an `expr_list' is printed in the ordinary way as
  385. an expression.
  386. File: gcc.info,  Node: Calls,  Next: Sharing,  Prev: Insns,  Up: RTL
  387. RTL Representation of Function-Call Insns
  388. =========================================
  389.    Insns that call subroutines have the RTL expression code `call_insn'.
  390. These insns must satisfy special rules, and their bodies must use a
  391. special RTL expression code, `call'.
  392.    A `call' expression has two operands, as follows:
  393.      (call (mem:FM ADDR) NBYTES)
  394. Here NBYTES is an operand that represents the number of bytes of
  395. argument data being passed to the subroutine, FM is a machine mode
  396. (which must equal as the definition of the `FUNCTION_MODE' macro in the
  397. machine description) and ADDR represents the address of the subroutine.
  398.    For a subroutine that returns no value, the `call' expression as
  399. shown above is the entire body of the insn, except that the insn might
  400. also contain `use' or `clobber' expressions.
  401.    For a subroutine that returns a value whose mode is not `BLKmode',
  402. the value is returned in a hard register.  If this register's number is
  403. R, then the body of the call insn looks like this:
  404.      (set (reg:M R)
  405.           (call (mem:FM ADDR) NBYTES))
  406. This RTL expression makes it clear (to the optimizer passes) that the
  407. appropriate register receives a useful value in this insn.
  408.    When a subroutine returns a `BLKmode' value, it is handled by
  409. passing to the subroutine the address of a place to store the value.
  410. So the call insn itself does not "return" any value, and it has the
  411. same RTL form as a call that returns nothing.
  412.    On some machines, the call instruction itself clobbers some register,
  413. for example to contain the return address.  `call_insn' insns on these
  414. machines should have a body which is a `parallel' that contains both
  415. the `call' expression and `clobber' expressions that indicate which
  416. registers are destroyed.  Similarly, if the call instruction requires
  417. some register other than the stack pointer that is not explicitly
  418. mentioned it its RTL, a `use' subexpression should mention that
  419. register.
  420.    Functions that are called are assumed to modify all registers listed
  421. in the configuration macro `CALL_USED_REGISTERS' (*note Register
  422. Basics::.) and, with the exception of `const' functions and library
  423. calls, to modify all of memory.
  424.    Insns containing just `use' expressions directly precede the
  425. `call_insn' insn to indicate which registers contain inputs to the
  426. function.  Similarly, if registers other than those in
  427. `CALL_USED_REGISTERS' are clobbered by the called function, insns
  428. containing a single `clobber' follow immediately after the call to
  429. indicate which registers.
  430. File: gcc.info,  Node: Sharing,  Next: Reading RTL,  Prev: Calls,  Up: RTL
  431. Structure Sharing Assumptions
  432. =============================
  433.    The compiler assumes that certain kinds of RTL expressions are
  434. unique; there do not exist two distinct objects representing the same
  435. value.  In other cases, it makes an opposite assumption: that no RTL
  436. expression object of a certain kind appears in more than one place in
  437. the containing structure.
  438.    These assumptions refer to a single function; except for the RTL
  439. objects that describe global variables and external functions, and a
  440. few standard objects such as small integer constants, no RTL objects
  441. are common to two functions.
  442.    * Each pseudo-register has only a single `reg' object to represent
  443.      it, and therefore only a single machine mode.
  444.    * For any symbolic label, there is only one `symbol_ref' object
  445.      referring to it.
  446.    * There is only one `const_int' expression with value 0, only one
  447.      with value 1, and only one with value -1.  Some other integer
  448.      values are also stored uniquely.
  449.    * There is only one `pc' expression.
  450.    * There is only one `cc0' expression.
  451.    * There is only one `const_double' expression with value 0 for each
  452.      floating point mode.  Likewise for values 1 and 2.
  453.    * No `label_ref' or `scratch' appears in more than one place in the
  454.      RTL structure; in other words, it is safe to do a tree-walk of all
  455.      the insns in the function and assume that each time a `label_ref'
  456.      or `scratch' is seen it is distinct from all others that are seen.
  457.    * Only one `mem' object is normally created for each static variable
  458.      or stack slot, so these objects are frequently shared in all the
  459.      places they appear.  However, separate but equal objects for these
  460.      variables are occasionally made.
  461.    * When a single `asm' statement has multiple output operands, a
  462.      distinct `asm_operands' expression is made for each output operand.
  463.      However, these all share the vector which contains the sequence of
  464.      input operands.  This sharing is used later on to test whether two
  465.      `asm_operands' expressions come from the same statement, so all
  466.      optimizations must carefully preserve the sharing if they copy the
  467.      vector at all.
  468.    * No RTL object appears in more than one place in the RTL structure
  469.      except as described above.  Many passes of the compiler rely on
  470.      this by assuming that they can modify RTL objects in place without
  471.      unwanted side-effects on other insns.
  472.    * During initial RTL generation, shared structure is freely
  473.      introduced.  After all the RTL for a function has been generated,
  474.      all shared structure is copied by `unshare_all_rtl' in
  475.      `emit-rtl.c', after which the above rules are guaranteed to be
  476.      followed.
  477.    * During the combiner pass, shared structure within an insn can exist
  478.      temporarily.  However, the shared structure is copied before the
  479.      combiner is finished with the insn.  This is done by calling
  480.      `copy_rtx_if_shared', which is a subroutine of `unshare_all_rtl'.
  481. File: gcc.info,  Node: Reading RTL,  Prev: Sharing,  Up: RTL
  482. Reading RTL
  483. ===========
  484.    To read an RTL object from a file, call `read_rtx'.  It takes one
  485. argument, a stdio stream, and returns a single RTL object.
  486.    Reading RTL from a file is very slow.  This is no currently not a
  487. problem because reading RTL occurs only as part of building the
  488. compiler.
  489.    People frequently have the idea of using RTL stored as text in a
  490. file as an interface between a language front end and the bulk of GNU
  491. CC.  This idea is not feasible.
  492.    GNU CC was designed to use RTL internally only.  Correct RTL for a
  493. given program is very dependent on the particular target machine.  And
  494. the RTL does not contain all the information about the program.
  495.    The proper way to interface GNU CC to a new language front end is
  496. with the "tree" data structure.  There is no manual for this data
  497. structure, but it is described in the files `tree.h' and `tree.def'.
  498. File: gcc.info,  Node: Machine Desc,  Next: Target Macros,  Prev: RTL,  Up: Top
  499. Machine Descriptions
  500. ********************
  501.    A machine description has two parts: a file of instruction patterns
  502. (`.md' file) and a C header file of macro definitions.
  503.    The `.md' file for a target machine contains a pattern for each
  504. instruction that the target machine supports (or at least each
  505. instruction that is worth telling the compiler about).  It may also
  506. contain comments.  A semicolon causes the rest of the line to be a
  507. comment, unless the semicolon is inside a quoted string.
  508.    See the next chapter for information on the C header file.
  509. * Menu:
  510. * Patterns::            How to write instruction patterns.
  511. * Example::             An explained example of a `define_insn' pattern.
  512. * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
  513. * Output Template::     The output template says how to make assembler code
  514.                           from such an insn.
  515. * Output Statement::    For more generality, write C code to output
  516.                           the assembler code.
  517. * Constraints::         When not all operands are general operands.
  518. * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
  519. * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
  520. * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
  521. * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
  522. * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
  523. * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
  524. * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
  525.                          for a standard operation.
  526. * Insn Splitting::    Splitting Instructions into Multiple Instructions
  527. * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
  528. File: gcc.info,  Node: Patterns,  Next: Example,  Up: Machine Desc
  529. Everything about Instruction Patterns
  530. =====================================
  531.    Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with
  532. pieces to be filled in later, operand constraints that restrict how the
  533. pieces can be filled in, and an output pattern or C code to generate
  534. the assembler output, all wrapped up in a `define_insn' expression.
  535.    A `define_insn' is an RTL expression containing four or five
  536. operands:
  537.   1. An optional name.  The presence of a name indicate that this
  538.      instruction pattern can perform a certain standard job for the
  539.      RTL-generation pass of the compiler.  This pass knows certain
  540.      names and will use the instruction patterns with those names, if
  541.      the names are defined in the machine description.
  542.      The absence of a name is indicated by writing an empty string
  543.      where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
  544.      used for generating RTL code, but they may permit several simpler
  545.      insns to be combined later on.
  546.      Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
  547.      effect; they are equivalent to no name at all.
  548.   2. The "RTL template" (*note RTL Template::.) is a vector of
  549.      incomplete RTL expressions which show what the instruction should
  550.      look like.  It is incomplete because it may contain
  551.      `match_operand', `match_operator', and `match_dup' expressions
  552.      that stand for operands of the instruction.
  553.      If the vector has only one element, that element is the template
  554.      for the instruction pattern.  If the vector has multiple elements,
  555.      then the instruction pattern is a `parallel' expression containing
  556.      the elements described.
  557.   3. A condition.  This is a string which contains a C expression that
  558.      is the final test to decide whether an insn body matches this
  559.      pattern.
  560.      For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
  561.      the data in the insn being matched, but only the
  562.      target-machine-type flags.  The compiler needs to test these
  563.      conditions during initialization in order to learn exactly which
  564.      named instructions are available in a particular run.
  565.      For nameless patterns, the condition is applied only when matching
  566.      an individual insn, and only after the insn has matched the
  567.      pattern's recognition template.  The insn's operands may be found
  568.      in the vector `operands'.
  569.   4. The "output template": a string that says how to output matching
  570.      insns as assembler code.  `%' in this string specifies where to
  571.      substitute the value of an operand.  *Note Output Template::.
  572.      When simple substitution isn't general enough, you can specify a
  573.      piece of C code to compute the output.  *Note Output Statement::.
  574.   5. Optionally, a vector containing the values of attributes for insns
  575.      matching this pattern.  *Note Insn Attributes::.
  576. File: gcc.info,  Node: Example,  Next: RTL Template,  Prev: Patterns,  Up: Machine Desc
  577. Example of `define_insn'
  578. ========================
  579.    Here is an actual example of an instruction pattern, for the
  580. 68000/68020.
  581.      (define_insn "tstsi"
  582.        [(set (cc0)
  583.              (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
  584.        ""
  585.        "*
  586.      { if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
  587.          return \"tstl %0\";
  588.        return \"cmpl #0,%0\"; }")
  589.    This is an instruction that sets the condition codes based on the
  590. value of a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL
  591. description has the form shown may be handled according to this
  592. pattern.  The name `tstsi' means "test a `SImode' value" and tells the
  593. RTL generation pass that, when it is necessary to test such a value, an
  594. insn to do so can be constructed using this pattern.
  595.    The output control string is a piece of C code which chooses which
  596. output template to return based on the kind of operand and the specific
  597. type of CPU for which code is being generated.
  598.    `"rm"' is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
  599. File: gcc.info,  Node: RTL Template,  Next: Output Template,  Prev: Example,  Up: Machine Desc
  600. RTL Template
  601. ============
  602.    The RTL template is used to define which insns match the particular
  603. pattern and how to find their operands.  For named patterns, the RTL
  604. template also says how to construct an insn from specified operands.
  605.    Construction involves substituting specified operands into a copy of
  606. the template.  Matching involves determining the values that serve as
  607. the operands in the insn being matched.  Both of these activities are
  608. controlled by special expression types that direct matching and
  609. substitution of the operands.
  610. `(match_operand:M N PREDICATE CONSTRAINT)'
  611.      This expression is a placeholder for operand number N of the insn.
  612.      When constructing an insn, operand number N will be substituted
  613.      at this point.  When matching an insn, whatever appears at this
  614.      position in the insn will be taken as operand number N; but it
  615.      must satisfy PREDICATE or this instruction pattern will not match
  616.      at all.
  617.      Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
  618.      each instruction pattern.  There may be only one `match_operand'
  619.      expression in the pattern for each operand number.  Usually
  620.      operands are numbered in the order of appearance in `match_operand'
  621.      expressions.
  622.      PREDICATE is a string that is the name of a C function that
  623.      accepts two arguments, an expression and a machine mode.  During
  624.      matching, the function will be called with the putative operand as
  625.      the expression and M as the mode argument (if M is not specified,
  626.      `VOIDmode' will be used, which normally causes PREDICATE to accept
  627.      any mode).  If it returns zero, this instruction pattern fails to
  628.      match.  PREDICATE may be an empty string; then it means no test is
  629.      to be done on the operand, so anything which occurs in this
  630.      position is valid.
  631.      Most of the time, PREDICATE will reject modes other than M--but
  632.      not always.  For example, the predicate `address_operand' uses M
  633.      as the mode of memory ref that the address should be valid for.
  634.      Many predicates accept `const_int' nodes even though their mode is
  635.      `VOIDmode'.
  636.      CONSTRAINT controls reloading and the choice of the best register
  637.      class to use for a value, as explained later (*note
  638.      Constraints::.).
  639.      People are often unclear on the difference between the constraint
  640.      and the predicate.  The predicate helps decide whether a given
  641.      insn matches the pattern.  The constraint plays no role in this
  642.      decision; instead, it controls various decisions in the case of an
  643.      insn which does match.
  644.      On CISC machines, the most common PREDICATE is
  645.      `"general_operand"'.  This function checks that the putative
  646.      operand is either a constant, a register or a memory reference,
  647.      and that it is valid for mode M.
  648.      For an operand that must be a register, PREDICATE should be
  649.      `"register_operand"'.  Using `"general_operand"' would be valid,
  650.      since the reload pass would copy any non-register operands through
  651.      registers, but this would make GNU CC do extra work, it would
  652.      prevent invariant operands (such as constant) from being removed
  653.      from loops, and it would prevent the register allocator from doing
  654.      the best possible job.  On RISC machines, it is usually most
  655.      efficient to allow PREDICATE to accept only objects that the
  656.      constraints allow.
  657.      For an operand that must be a constant, you must be sure to either
  658.      use `"immediate_operand"' for PREDICATE, or make the instruction
  659.      pattern's extra condition require a constant, or both.  You cannot
  660.      expect the constraints to do this work!  If the constraints allow
  661.      only constants, but the predicate allows something else, the
  662.      compiler will crash when that case arises.
  663. `(match_scratch:M N CONSTRAINT)'
  664.      This expression is also a placeholder for operand number N and
  665.      indicates that operand must be a `scratch' or `reg' expression.
  666.      When matching patterns, this is equivalent to
  667.           (match_operand:M N "scratch_operand" PRED)
  668.      but, when generating RTL, it produces a (`scratch':M) expression.
  669.      If the last few expressions in a `parallel' are `clobber'
  670.      expressions whose operands are either a hard register or
  671.      `match_scratch', the combiner can add or delete them when
  672.      necessary.  *Note Side Effects::.
  673. `(match_dup N)'
  674.      This expression is also a placeholder for operand number N.  It is
  675.      used when the operand needs to appear more than once in the insn.
  676.      In construction, `match_dup' acts just like `match_operand': the
  677.      operand is substituted into the insn being constructed.  But in
  678.      matching, `match_dup' behaves differently.  It assumes that operand
  679.      number N has already been determined by a `match_operand'
  680.      appearing earlier in the recognition template, and it matches only
  681.      an identical-looking expression.
  682. `(match_operator:M N PREDICATE [OPERANDS...])'
  683.      This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
  684.      code.
  685.      When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
  686.      expression code is taken from that of operand N, and whose
  687.      operands are constructed from the patterns OPERANDS.
  688.      When matching an expression, it matches an expression if the
  689.      function PREDICATE returns nonzero on that expression *and* the
  690.      patterns OPERANDS match the operands of the expression.
  691.      Suppose that the function `commutative_operator' is defined as
  692.      follows, to match any expression whose operator is one of the
  693.      commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is MODE:
  694.           int
  695.           commutative_operator (x, mode)
  696.                rtx x;
  697.                enum machine_mode mode;
  698.           {
  699.             enum rtx_code code = GET_CODE (x);
  700.             if (GET_MODE (x) != mode)
  701.               return 0;
  702.             return (GET_RTX_CLASS (code) == 'c'
  703.                     || code == EQ || code == NE);
  704.           }
  705.      Then the following pattern will match any RTL expression consisting
  706.      of a commutative operator applied to two general operands:
  707.           (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
  708.             [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
  709.              (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
  710.      Here the vector `[OPERANDS...]' contains two patterns because the
  711.      expressions to be matched all contain two operands.
  712.      When this pattern does match, the two operands of the commutative
  713.      operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is
  714.      done by the two instances of `match_operand'.)  Operand 3 of the
  715.      insn will be the entire commutative expression: use `GET_CODE
  716.      (operands[3])' to see which commutative operator was used.
  717.      The machine mode M of `match_operator' works like that of
  718.      `match_operand': it is passed as the second argument to the
  719.      predicate function, and that function is solely responsible for
  720.      deciding whether the expression to be matched "has" that mode.
  721.      When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will
  722.      specify the operation (i.e. the expression code) for the
  723.      expression to be made.  It should be an RTL expression, whose
  724.      expression code is copied into a new expression whose operands are
  725.      arguments 1 and 2 of the gen-function.  The subexpressions of
  726.      argument 3 are not used; only its expression code matters.
  727.      When `match_operator' is used in a pattern for matching an insn,
  728.      it usually best if the operand number of the `match_operator' is
  729.      higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
  730.      register allocation because the register allocator often looks at
  731.      operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
  732.      There is no way to specify constraints in `match_operator'.  The
  733.      operand of the insn which corresponds to the `match_operator'
  734.      never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
  735.      However, if parts of its OPERANDS are matched by `match_operand'
  736.      patterns, those parts may have constraints of their own.
  737. `(match_op_dup:M N[OPERANDS...])'
  738.      Like `match_dup', except that it applies to operators instead of
  739.      operands.  When constructing an insn, operand number N will be
  740.      substituted at this point.  But in matching, `match_op_dup' behaves
  741.      differently.  It assumes that operand number N has already been
  742.      determined by a `match_operator' appearing earlier in the
  743.      recognition template, and it matches only an identical-looking
  744.      expression.
  745. `(match_parallel N PREDICATE [SUBPAT...])'
  746.      This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
  747.      `parallel' expression with a variable number of elements.  This
  748.      expression should only appear at the top level of an insn pattern.
  749.      When constructing an insn, operand number N will be substituted at
  750.      this point.  When matching an insn, it matches if the body of the
  751.      insn is a `parallel' expression with at least as many elements as
  752.      the vector of SUBPAT expressions in the `match_parallel', if each
  753.      SUBPAT matches the corresponding element of the `parallel', *and*
  754.      the function PREDICATE returns nonzero on the `parallel' that is
  755.      the body of the insn.  It is the responsibility of the predicate
  756.      to validate elements of the `parallel' beyond those listed in the
  757.      `match_parallel'.
  758.      A typical use of `match_parallel' is to match load and store
  759.      multiple expressions, which can contain a variable number of
  760.      elements in a `parallel'.  For example,
  761.           (define_insn ""
  762.             [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
  763.                [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
  764.                      (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
  765.                 (use (reg:SI 179))
  766.                 (clobber (reg:SI 179))])]
  767.             ""
  768.             "loadm 0,0,%1,%2")
  769.      This example comes from `a29k.md'.  The function
  770.      `load_multiple_operations' is defined in `a29k.c' and checks that
  771.      subsequent elements in the `parallel' are the same as the `set' in
  772.      the pattern, except that they are referencing subsequent registers
  773.      and memory locations.
  774.      An insn that matches this pattern might look like:
  775.           (parallel
  776.            [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
  777.             (use (reg:SI 179))
  778.             (clobber (reg:SI 179))
  779.             (set (reg:SI 21)
  780.                  (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
  781.                                   (const_int 4))))
  782.             (set (reg:SI 22)
  783.                  (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
  784.                                   (const_int 8))))])
  785. `(match_par_dup N [SUBPAT...])'
  786.      Like `match_op_dup', but for `match_parallel' instead of
  787.      `match_operator'.
  788. `(address (match_operand:M N "address_operand" ""))'
  789.      This complex of expressions is a placeholder for an operand number
  790.      N in a "load address" instruction: an operand which specifies a
  791.      memory location in the usual way, but for which the actual operand
  792.      value used is the address of the location, not the contents of the
  793.      location.
  794.      `address' expressions never appear in RTL code, only in machine
  795.      descriptions.  And they are used only in machine descriptions that
  796.      do not use the operand constraint feature.  When operand
  797.      constraints are in use, the letter `p' in the constraint serves
  798.      this purpose.
  799.      M is the machine mode of the *memory location being addressed*,
  800.      not the machine mode of the address itself.  That mode is always
  801.      the same on a given target machine (it is `Pmode', which normally
  802.      is `SImode'), so there is no point in mentioning it; thus, no
  803.      machine mode is written in the `address' expression.  If some day
  804.      support is added for machines in which addresses of different
  805.      kinds of objects appear differently or are used differently (such
  806.      as the PDP-10), different formats would perhaps need different
  807.      machine modes and these modes might be written in the `address'
  808.      expression.
  809. File: gcc.info,  Node: Output Template,  Next: Output Statement,  Prev: RTL Template,  Up: Machine Desc
  810. Output Templates and Operand Substitution
  811. =========================================
  812.    The "output template" is a string which specifies how to output the
  813. assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
  814. fixed string which is output literally.  The character `%' is used to
  815. specify where to substitute an operand; it can also be used to identify
  816. places where different variants of the assembler require different
  817. syntax.
  818.    In the simplest case, a `%' followed by a digit N says to output
  819. operand N at that point in the string.
  820.    `%' followed by a letter and a digit says to output an operand in an
  821. alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings
  822. described below.  The machine description macro `PRINT_OPERAND' can
  823. define additional letters with nonstandard meanings.
  824.    `%cDIGIT' can be used to substitute an operand that is a constant
  825. value without the syntax that normally indicates an immediate operand.
  826.    `%nDIGIT' is like `%cDIGIT' except that the value of the constant is
  827. negated before printing.
  828.    `%aDIGIT' can be used to substitute an operand as if it were a
  829. memory reference, with the actual operand treated as the address.  This
  830. may be useful when outputting a "load address" instruction, because
  831. often the assembler syntax for such an instruction requires you to
  832. write the operand as if it were a memory reference.
  833.    `%lDIGIT' is used to substitute a `label_ref' into a jump
  834. instruction.
  835.    `%=' outputs a number which is unique to each instruction in the
  836. entire compilation.  This is useful for making local labels to be
  837. referred to more than once in a single template that generates multiple
  838. assembler instructions.
  839.    `%' followed by a punctuation character specifies a substitution that
  840. does not use an operand.  Only one case is standard: `%%' outputs a `%'
  841. into the assembler code.  Other nonstandard cases can be defined in the
  842. `PRINT_OPERAND' macro.  You must also define which punctuation
  843. characters are valid with the `PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P' macro.
  844.    The template may generate multiple assembler instructions.  Write
  845. the text for the instructions, with `\;' between them.
  846.    When the RTL contains two operands which are required by constraint
  847. to match each other, the output template must refer only to the
  848. lower-numbered operand.  Matching operands are not always identical,
  849. and the rest of the compiler arranges to put the proper RTL expression
  850. for printing into the lower-numbered operand.
  851.    One use of nonstandard letters or punctuation following `%' is to
  852. distinguish between different assembler languages for the same machine;
  853. for example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola
  854. syntax requires periods in most opcode names, while MIT syntax does
  855. not.  For example, the opcode `movel' in MIT syntax is `move.l' in
  856. Motorola syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of
  857. output syntax, but the character sequence `%.' is used in each place
  858. where Motorola syntax wants a period.  The `PRINT_OPERAND' macro for
  859. Motorola syntax defines the sequence to output a period; the macro for
  860. MIT syntax defines it to do nothing.
  861.    As a special case, a template consisting of the single character `#'
  862. instructs the compiler to first split the insn, and then output the
  863. resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in
  864. the output templates.   If you have a `define_insn' that needs to emit
  865. multiple assembler instructions, and there is an matching `define_split'
  866. already defined, then you can simply use `#' as the output template
  867. instead of writing an output template that emits the multiple assembler
  868. instructions.
  869.    If `ASSEMBLER_DIALECT' is defined, you can use
  870. `{option0|option1|option2}' constructs in the templates.  These
  871. describe multiple variants of assembler language syntax.  *Note
  872. Instruction Output::.
  873.