assembly - MIPS:堆栈指针($sp)和堆栈的相关用途

Question

目前我正在为我的计算机组织期中学习，我正在尝试完全理解堆栈指针和堆栈。我知道围绕这个概念的以下事实:

遵循先进后出原则

向堆栈中添加一些东西需要两个步骤:

addi $sp, $sp, -4
sw $s0, 0($sp)

我认为阻止我完全理解的是，我无法提出一个相关的、不言自明的情况，我需要和/或想要使用堆栈指针跟踪数据。

有人可以详细说明这个概念并给我一些有用的代码示例吗？

Answer 1

堆栈的一个重要用途是嵌套子程序调用。

每个子程序可能有一组该子程序的局部变量。这些变量可以方便地存储在堆栈帧中的堆栈中。一些调用约定也会在堆栈上传递参数。

使用子例程还意味着您必须跟踪调用者，即返回地址。
一些架构为此目的有一个专用堆栈，而其他架构则隐式使用“普通”堆栈。默认情况下，MIPS 仅使用寄存器，但在非叶函数(即调用其他函数的函数)中，返回地址被覆盖。因此，您必须保存原始值，通常在局部变量中的堆栈上。调用约定还可能声明必须在函数调用之间保留一些寄存器值，您可以类似地使用堆栈保存和恢复它们。

假设你有这个 C 片段:

extern void foo();
extern int bar();
int baz()
{
    int x = bar();
    foo();
    return x;
}

MIPS 程序集可能如下所示:

addiu $sp, $sp, -8  # allocate 2 words on the stack
sw $ra, 4($sp)      # save $ra in the upper one
jal bar             # this overwrites $ra
sw $v0, ($sp)       # save returned value (x)
jal foo             # this overwrites $ra and possibly $v0
lw $v0, ($sp)       # reload x so we can return it
lw $ra, 4($sp)      # reload $ra so we can return to caller
addiu $sp, $sp, 8   # restore $sp, freeing the allocated space
jr $ra              # return