c++ - 将C++函数转换为MIPS汇编

Question

我需要将此C++函数转换为MIPS程序集:

int set(int a[], int n, int v)
{
    int i;
    i = 0;
    do {
      a[i++] = v;
    } while ( i < n);
    return i;
}

其中数组的地址在 $a0中，n在 $a1中，v在 $a2中。
这是我尝试在MIPS中编写函数的尝试，但是我得到“指令引用在0x00400054处 undefined symbol ”。在主要(由我的教授提供)中，有一个调用 jal set，应该调用 set函数，我很确定我的错误与此有关。我也不知道我是否成功转换了函数。这是我的尝试:

.text
set:
    li      $t0, 0
    addi    $t0, $t0, 0
    sll     $t1, $t0, 2
    add     $t1, $t1, $a0
L1: lw      $t1, 4($t1)
    sw      $a2, 0($t1)
    blt     $t0, $a1, L1

如果这很重要，我正在使用QTSPIM。感谢您的帮助，如果您有任何建议可以进行MIPS编程，那也很好。

更新:

现在正在链接文件，但是出现“在PC = 0x004000f0发生异常”和“读取的数据/堆栈中的地址错误:0x00000000”的无限循环。这是我的更新文件:

`.text
.globl set
set:    addi    $t0, $t0, 0     #i = 0;
         sll    $t1, $t0, 2     #offsets 4 * i
         add    $t1, $t1, $a0       #pointer to a[i]
L1:       lw    $t1, 4($t1)     #a[i++]
          sw    $a2, 0($t1)     #a[i++] = v
         blt    $t0, $a1, L1        #continue the loop as long as i < n`

为什么我的代码必须在 .globl中？ .text的目的是什么？

Answer 1

好的，有一些问题。

更正的代码在底部。实际上，有两种方法可以做到这一点，具体取决于从C代码进行转换的字面意义。您的概念性问题的一部分可能是您试图将两种方法的部分结合起来。

您基于注释反馈(作为重复)(例如li然后addi)将原始代码中的前两个指令折叠为一个。但是，如果仅使用一个，则li是正确的，因为addi将寄存器添加到自身中，但是您不能依赖于初始值为零。
sll正在移动其中值为零的寄存器，因此inst没有执行任何操作。

要使用t1加载a0，您可以使用add $t1,$a0,0 [或add $t1,$a0,$zero]
lw没有任何作用[C代码不会加载a，所以为什么要使用asm？]。

但是，由于循环仍然无法正常工作，我对此进行了一些调整。

您的blt之后没有返回任何内容，因此即使循环起作用，它也会“掉在世界的边缘”。每个调用的asm例程[类似于jal set调用的例程]必须具有显式的return语句，即jr $ra
注意:在MIPS asm中，被调用方可以修改a* [参数寄存器]，因此请在a0而不是t1上循环(即，调用方希望将其丢弃)

无论如何，这是更正后的代码[请原谅免费的样式清理]:

    .text

    .globl  set
set:
    li      $t0,0                   # i = 0
L1:
    sw      $a2,0($a0)              # a[i] = v
    add     $a0,$a0,4               # advance pointer
    add     $t0,$t0,1               # ++i
    blt     $t0,$a1,L1              # continue the loop as long as i < n
    jr      $ra                     # return

如果您原来的C函数是这样的:

int
set(int *a, int n, int v)
{
    int *end;

    end = a + n;
    for (;  a < end;  ++a)
        *a = v;

    return n;
}

然后，这将是更直译的翻译:

    .text

    .globl  set
set:
    sll     $a1,$a1,2               # convert int count to byte length
    add     $a1,$a0,$a1             # end = a + length

L1:
    sw      $a2,0($a0)              # *a = v
    add     $a0,$a0,4               # ++a
    blt     $a0,$a1,L1              # continue the loop as long as a < end

    jr      $ra                     # return

IMO，这两种方法都是原始C函数的可接受实现。第一个是更文字的，因为它保留了索引变量 i的[概念]。但是，它还有一条额外的指令，第二条指令则没有。

无论优化器正在翻译哪个C函数，优化器都可能会生成相同的代码(即第二个asm)(MIPS不像 x86 asm那样具有强大的索引寻址模式)。

因此，“正确”可能取决于您的教授有多强。

旁注:请注意两个示例之间的样式更改。也就是说，将代码更改放在一边，添加一些空行以提高清晰度。

为了完整起见，这是我在测试时创建的 main函数:

    .data
arr:    .space  400                 # allocate more space than count

    .text

    .globl  main
main:
    la      $a0,arr                 # get array pointer
    li      $a1,10                  # get count
    li      $a2,3257                # value to store

    jal     set

    li      $v0,1                   # exit syscall number
    syscall

更新:

If in the loop a[i++] = v, would I place the add $t0, $t0, 1 line before the sw $a2, 0($a0)?

不，如果C代码是 a[++i] = v，则可以这样做。也许，最好的方法是首先简化C代码。
a[i++] = v实际上是:

a[i] = v;
i += 1;

而且， a[++i] = v实际上是:

i += 1;
a[i] = v;

现在，C代码行和asm指令行之间是一一对应的。

When would I use the sll? I was reading examples and I noticed people usually do sll $t1, $t0, 2 when they're going to use a counter to go through an array.

是。如果您仔细观察我的第二个实现，它将以这种方式使用 sll。而且，即使给出原始的C代码，这也是我编写循环代码的方式。

Would I use the lw if the C code said something like int x = a[0]?

对，就是这样。

原型(prototype)asm的另一种方法是将C代码转换为“非常笨拙的C”。

也就是说，只有最简单形式的 if: if (x >= y) goto label。甚至 if (x < y) j = 10都超出限制。

没有函数作用域变量或函数参数变量-仅是寄存器名称的全局变量。

没有复杂的表达式。只有简单的像 x = y， x += y或 x = y + z。因此， a = b + c + d太复杂了。

寄存器变量既可以用作整数值，也可以用作字节指针。因此，当添加到用作指针的寄存器时，就像添加到字节指针一样，因此要通过 int数组递增，必须添加 4。

字节指针和 int指针之间的实际区别仅在您执行加载/存储操作时才重要: lw/sw表示 int， lb/sb表示字节。

因此，这是我的第二个C函数重新编码为“哑巴”:

// RETURNS: number of elements changed
int
set(void)
// a0 -- "a" (pointer to int array)
// a1 -- "n" (number of elements in "a")
// a2 -- "v" (value to set into "a")
{

    v0 = a1;                            // set return value

    a1 <<= 2;                           // convert int count to byte length
    a1 += a0;                           // point to one past end of array

L1:
    *(int *)a0 = a2;                    // store v at current array location
    a0 += 4;                            // point to next array element
    if (a0 < a1) goto L1;               // loop back until done

    return;
}

更新2:

In your first implementation, is add $a0, $a0, 4 the equivalent to using sll in the second implementation?

不完全的。要记住的关键是在C语言中，当我们向一个指针添加一个[或使用 i对其进行索引]时，编译器将生成一个增量/添加指令，该指令会添加该指针定义为的 sizeof类型。

也就是说，对于 int *iptr，指定 iptr += 1将生成 add $a0,$a0,4，因为 sizeof(int)为4。如果我们有 double *dptr， dptr += 1，则编译器将生成 add $a0,$a0,8，因为 sizeof(double)为8

C编译器提供了强大的“便利性”，因为它允许数组，指针，索引可以互换使用。

在asm中，我们必须手动执行C编译器将自动为我们执行的操作。

考虑以下内容:我们有一个值，它是数组中元素数量的计数，将其称为 count。现在，我们想知道数组将占用多少字节。我们将其称为 len。这是确定各种类型的C代码:

char *arr;
len = count * sizeof(char);
len = count * 1;
len = count << 0;
//  sll $a1,$a1,0

short *arr;
len = count * sizeof(short);
len = count * 2;
len = count << 1;
//  sll $a1,$a1,1

int *arr;
len = count * sizeof(int);
len = count * 4;
len = count << 2;
//  sll $a1,$a1,2

double *arr;
len = count * sizeof(double);
len = count * 8;
len = count << 3;
//  sll $a1,$a1,3

From what I understand, using sll sets i as a counter for ints so it increments i and also iterates the array

否。 sll仅仅是MIPS的“左移逻辑”指令，当您需要使用C的 <<运算符时，就可以使用它。

您在想的是如何使用 sll来实现该效果。

要遍历 int数组，我们将索引增加1，但还必须将数组指针增加4。这就是我的第一个asm示例。终止条件为 index >= count。

在第二个asm示例中，我通过将元素计数转换为字节长度(通过 ssl)并添加了数组地址来消除了单独的索引变量。现在 $a1的地址为数组的最后一个元素+ 1，终止条件为 current_address >= last_element_plus_1。请注意，current_address( $a0)仍必须增加4( add $a0,$a0,4)

要记住的重要一件事是，asm指令(尤其是MIPS)很简单(即愚蠢)。他们一次只做一件事。如果一个C赋值语句足够复杂，则它可以生成约20条指令。通过asm指令的组合可以产生更复杂的结果。