数据的声明与分配

数据储存空间，指的是内存中的空间

寄存器虽然也可以存储数据，但更重要的功能是临时存储以供计算。

控制流

if-else 结构

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.text
	li		$t1, 200
	li		$t2, 400

	slt		$t3, $t2,  $t1
	beq		$t3, $zero, if_1_else
	nop
	la		$a0, s1
	li		$v0, 4
	syscall
	j		if_1_end
	nop
	
	if_1_else:
		la	$a0, s2
		li	$v0, 4
		syscall
		
	if_1_end:

for 结构

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.data
	s1:		.asciiz	" "
.text
	li		$t1,	100	# use $t1 as n
	li		$t2, 0	# use $t2 as i
for_1_begin:
	slt		$t3, $t2, $t1
	beq		$t3, $zero, for_1_end
	nop
	
	##################
	#	statements		#
	##################
	move	$a0, $t2
	li		$v0, 1
	syscall
	
	la		$a0, s1
	li		$v0, 4
	syscall
	
	addi		$t2, $t2, 1	# i++
	j		for_1_begin
	nop
	
for_1_end:

输入输出

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.data
	array:	.space		40
	message_input_n:		.asciiz	"input n:\n"
	message_input_array:	.asciiz	"input array:\n"
	space:	.asciiz	" "
	message_output_array:	.asciiz	"output array:\n"

.text
	
	input:
		la		$a0, message_input_n
		li		$v0, 4
		syscall
		
		li		$v0, 5
		syscall
		move	$t0, $v0
		
		li		$t1, 0	# t1 as i
		for_1_begin:
			slt		$t2, $t1, $t0
			beq		$t2, $zero, for_1_end
			nop
	
			##################
			la		$t2, array
			li		$t3, 4
			mult 	$t3, $t1		# 将$t3和$t1相乘
			mflo	$t3			# 将结果取回$t3
			addu	$t2, $t2, $t3
			
			la		$a0, message_input_array
			li		$v0, 4
			syscall
			
			li		$v0, 5		# 读取一个整数
			syscall
			sw		$v0, 0($t2)	# 将整数存在该地址中
			##################

			addi		$t1, $t1, 1	# i++
			j		for_1_begin
			nop
	
	for_1_end:
			move	$v0, $t0		# 将元素的个数保存，防止被覆盖
			#jr		$ra			# PC值的跳转
			nop
	move	$a0, $v0
output:
			move	$t0, $a0
			
			la		$a0, message_output_array
			li		$v0, 4
			syscall
			
			li		$t1, 0
			for_2_begin:
			slt		$t2, $t1, $t0
			beq		$t2, $zero, for_2_end
			nop
	
			##################
			la		$t2, array
			li		$t3, 4
			mult 	$t3, $t1		# 将$t3和$t1相乘
			mflo	$t3			# 将结果取回$t3
			addu	$t2, $t2, $t3	# 算出数的地址
			
			lw		$a0, 0($t2)
			li		$v0, 1
			syscall
			
			la		$a0, space
			li		$v0, 4
			syscall
			##################

			addi		$t1, $t1, 1	# i++
			j		for_2_begin
			nop
			
		for_2_end:
			#jr		$ra			# PC值的跳转
			nop

子过程调用

PC需要进行跳转

jal跳入子过程，jr返回父过程

栈的使用

  • 过程自身需满足栈的结构
  • 过程调用子过程时需满足展的结构
  • 子过程执行前后需要移动栈指针$sp(分配与释放栈)

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具体使用

  • 计算好栈帧大小
  • 栈指针始终指向栈顶
  • 过程开始时分配栈空间(addiu $sp, $sp, -32)
  • 过程结束时回收栈空间(addiu $sp, $sp, 32)
  • 以栈指针为基址进行栈的存取(sw $to, 24($sp))

递归程序解析

C语言实现阶乘

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汇编实现阶乘

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factorial部分。最开始的三句，其作用等价于我们在C语言factorial函数中的第一句，即递归终止条件。如果此时$a0的值为1，那么会将值1写在$v0寄存器里。意味着1的阶乘值为1。如果$a0的值不为1，我们跳转到work部分。这部分主要实现的是递归调用。第一句，我们将$t0的值设置为$a0，即当前n的值。接下来我们要将当前这个函数中用到的值存入栈中。有用的值有两个，一个是当前n的值，因为我们要利用它进行计算。另一个是当前的$ra寄存器的值，因为此时的$ra的值可能在后面被jal指令再次覆盖，以至于无法跳转到正确的位置。这里需要注意下栈的增长方向，应该是从高到低。所以我们存入一个数之后要将当前$sp的值减去4，一遍下一个数的存放。接着我们要设置传递给下一次函数的参数。具体来说就是n-1的值。我们将其存入$a0中。做好所有这些准备工作，我们就可以进行递归了，通过jal指令再次调用factorial函数。在调用结束后，因为我们巧妙的设计，下一层函数结束后将通过jr指令跳转这里，并接着执行下一条的内容。之前我们将$t0和$ra的值存入到了栈中，相应的，我们这里需要将这些值重新写入。并且恢复栈指针的位置。之后我们计算n与下一层函数返回值的乘积，并且当做新的返回值存入$v0之中。最后我们通过jr指令，返回到上一次调用它的地方。

对比下C语言的实现和MIPS汇编的实现。两者的差距主要在于两个部分。第一，C语言中，函数内的临时变量是不需要程序员来通过栈维护的。我们可以理解为，每一层的变量相互之间都是独立的。但是在mips汇编中，我们需要维护这些变量。第二，我们需要维护PC值的变化。C语言中函数结束会自动返回到调用它的位置。但是在mips汇编中，我们需要利用jal和jr来实现这个功能。