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13 KiB
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language: "MIPS Assembly"
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filename: MIPS-cn.asm
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contributors:
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- ["Stanley Lim", "https://github.com/Spiderpig86"]
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translators:
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- ["Liu Yihua", "https://github.com/yihuajack"]
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lang: zh-cn
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MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）汇编语言是为了配合约翰·雷洛伊·亨尼西于1981年设计的 MIPS 微处理器范式而设计的，这些 RISC 处理器用于嵌入式系统，例如网关和路由器。
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[阅读更多](https://en.wikipedia.org/wiki/MIPS_architecture)
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```asm
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# 注释用一个 '#' 表示
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# 一行中 '#' 之后的所有文本都会被汇编器的词法分析器忽略
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# 程序通常包含 .data 和 .text 部分
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.data # 数据存储在内存中（在RAM中分配）
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# 类似于高级语言中的变量
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# 声明遵循（ 标签: .类型 值 ）的声明形式
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hello_world: .asciiz "Hello World\n" # 声明一个 null 结束的字符串
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num1: .word 42 # 整数被视为字
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# （32位值）
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arr1: .word 1, 2, 3, 4, 5 # 字数组
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arr2: .byte 'a', 'b' # 字符数组（每个1字节）
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buffer: .space 60 # 在 RAM 中分配空间
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# （不清除为0）
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# 数据类型的大小
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_byte: .byte 'a' # 1字节
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_halfword: .half 53 # 2字节
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_word: .word 3 # 4字节
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_float: .float 3.14 # 4字节
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_double: .double 7.0 # 8字节
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.align 2 # 数据的内存对齐
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# 其中数字（应是2的幂）表示几字节对齐
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# .align 2 表示字对齐（因为 2^2 = 4 字节）
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.text # 这部分包括指令和程序逻辑
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.globl _main # 声明一个全局指令标签
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# 其他文件都可以访问
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_main: # MIPS 程序按顺序执行指令
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# 这条标签下的代码将首先执行
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# 打印 "hello world"
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la $a0, hello_world # 加载存储在内存中的字符串地址
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li $v0, 4 # 加载 syscall 的值
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# （数字代表要执行哪个 syscall）
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syscall # 使用给定的参数（$a0）执行指定的 syscall
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# 寄存器（用于在程序执行期间保存数据）
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# $t0 - $t9 # 临时寄存器，用于过程内部的中间计算
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# （过程调用时不保存）
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# $s0 - $s7 # 保留寄存器（被保留的寄存器，过程调用时保存）
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# 通常保存在栈中
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# $a0 - $a3 # 参数寄存器，用于传递过程的参数
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# $v0 - $v1 # 返回寄存器，用于向调用过程返回值
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# 存取指令
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la $t0, label # 将内存中由 label 指定的值的地址复制到寄存器 $t0 中
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lw $t0, label # 从内存中复制一个字
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lw $t1, 4($s0) # 从寄存器中存储的地址复制一个字
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# 偏移量为4字节（地址 + 4）
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lb $t2, label # 把一个字节复制到寄存器 $t2 的低阶部分
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lb $t2, 0($s0) # 从 $s0 的源地址复制一个字节
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# 偏移量为0
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# 同理也适用于 'lh' （取半字）
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sw $t0, label # 将字存储到由 label 映射的内存地址中
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sw $t0, 8($s0) # 将字存储到 $s0 指定的地址中
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# 偏移量为8字节
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# 同理也适用于 'sb' （存字）和 'sh' （存半字）。'sa'不存在
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### 数学 ###
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_math:
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# 记住要将值加载到寄存器中
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lw $t0, num # 从数据部分
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li $t0, 5 # 或者从一个立即数（常数）
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li $t1, 6
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add $t2, $t0, $t1 # $t2 = $t0 + $t1
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sub $t2, $t0, $t1 # $t2 = $t0 - $t1
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mul $t2, $t0, $t1 # $t2 = $t0 * $t1
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div $t2, $t0, $t1 # $t2 = $t0 / $t1
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# （MARS 的某些版本可能不支持）
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div $t0, $t1 # 执行 $t0 / $t1。
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# 用 'mflo' 得商，用 'mfhi' 得余数
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# 移位
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sll $t0, $t0, 2 # 按位左移立即数（常数值）2
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sllv $t0, $t1, $t2 # 根据一个寄存器中的变量值左移相应位
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srl $t0, $t0, 5 # 按位右移
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# （不保留符号，用0符号扩展）
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srlv $t0, $t1, $t2 # 根据一个寄存器中的变量值右移相应位
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sra $t0, $t0, 7 # 按算术位右移（保留符号）
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srav $t0, $t1, $t2 # 根据一个寄存器中的变量值右移相应算数位
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# 按位运算符
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and $t0, $t1, $t2 # 按位与
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andi $t0, $t1, 0xFFF # 用立即数按位与
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or $t0, $t1, $t2 # 按位或
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ori $t0, $t1, 0xFFF # 用立即数按位或
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xor $t0, $t1, $t2 # 按位异或
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xori $t0, $t1, 0xFFF # 用立即数按位异或
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nor $t0, $t1, $t2 # 按位或非
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## 分支 ##
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_branching:
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# 分支指令的基本格式通常遵循 <指令> <寄存器1> <寄存器2> <标签>
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# 如果给定的条件求值为真，则跳转到标签
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# 有时向后编写条件逻辑更容易，如下面的简单的 if 语句示例所示
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beq $t0, $t1, reg_eq # 如果 $t0 == $t1，则跳转到 reg_eq
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# 否则执行下一行
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bne $t0, $t1, reg_neq # 当 $t0 != $t1 时跳转
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b branch_target # 非条件分支，总会执行
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beqz $t0, req_eq_zero # 当 $t0 == 0 时跳转
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bnez $t0, req_neq_zero # 当 $t0 != 0 时跳转
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bgt $t0, $t1, t0_gt_t1 # 当 $t0 > $t1 时跳转
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bge $t0, $t1, t0_gte_t1 # 当 $t0 >= $t1 时跳转
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bgtz $t0, t0_gt0 # 当 $t0 > 0 时跳转
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blt $t0, $t1, t0_gt_t1 # 当 $t0 < $t1 时跳转
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ble $t0, $t1, t0_gte_t1 # 当 $t0 <= $t1 时跳转
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bltz $t0, t0_lt0 # 当 $t0 < 0 时跳转
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slt $s0, $t0, $t1 # 当 $t0 < $t1 时结果为 $s0 （1为真）
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# 简单的 if 语句
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# if (i == j)
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# f = g + h;
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# f = f - i;
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# 让 $s0 = f, $s1 = g, $s2 = h, $s3 = i, $s4 = j
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bne $s3, $s4, L1 # if (i !=j)
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add $s0, $s1, $s2 # f = g + h
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L1:
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sub $s0, $s0, $s3 # f = f - i
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# 下面是一个求3个数的最大值的例子
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# 从 Java 到 MIPS 逻辑的直接翻译：
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# if (a > b)
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# if (a > c)
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# max = a;
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# else
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# max = c;
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# else
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# max = b;
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# else
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# max = c;
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# 让 $s0 = a, $s1 = b, $s2 = c, $v0 = 返回寄存器
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ble $s0, $s1, a_LTE_b # 如果 (a <= b) 跳转到 (a_LTE_b)
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ble $s0, $s2, max_C # 如果 (a > b && a <= c) 跳转到 (max_C)
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move $v0, $s1 # 否则 [a > b && a > c] max = a
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j done # 跳转到程序结束
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a_LTE_b: # 当 a <= b 时的标签
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ble $s1, $s2, max_C # 如果 (a <= b && b <= c) 跳转到 (max_C)
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move $v0, $s1 # 如果 (a <= b && b > c) max = b
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j done # 跳转到 done
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max_C:
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move $v0, $s2 # max = c
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done: # 程序结束
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## 循环 ##
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_loops:
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# 循环的基本结构是一个退出条件和一个继续执行的跳转指令
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li $t0, 0
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while:
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bgt $t0, 10, end_while # 当 $t0 小于 10，不停迭代
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addi $t0, $t0, 1 # 累加值
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j while # 跳转回循环开始
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end_while:
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# 二维矩阵遍历
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# 假设 $a0 存储整数 3 × 3 矩阵的地址
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li $t0, 0 # 计数器 i
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li $t1, 0 # 计数器 j
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matrix_row:
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bgt $t0, 3, matrix_row_end
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matrix_col:
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bgt $t1, 3, matrix_col_end
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# 执行一些东西
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addi $t1, $t1, 1 # 累加列计数器
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matrix_col_end:
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||
# 执行一些东西
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addi $t0, $t0, 1
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matrix_row_end:
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## 函数 ##
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_functions:
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# 函数是可调用的过程，可以接受参数并返回所有用标签表示的值，如前所示
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main: # 程序以 main 函数开始
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jal return_1 # jal 会把当前程序计数器（PC）存储在 $ra
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# 并跳转到 return_1
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# 如果我们想传入参数呢？
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# 首先，我们必须将形参传递给参数寄存器
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li $a0, 1
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li $a1, 2
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jal sum # 现在我们可以调用函数了
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# 递归怎么样？
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# 这需要更多的工作
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# 由于 jal 会自动覆盖每次调用，我们需要确保在 $ra 中保存并恢复之前的程序计数器
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li $a0, 3
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jal fact
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li $v0, 10
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syscall
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# 这个函数返回1
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return_1:
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li $v0, 1 # 将值取到返回寄存器 $v0 中
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jr $ra # 跳转回原先的程序计数器继续执行
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# 有2个参数的函数
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sum:
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add $v0, $a0, $a1
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jr $ra # 返回
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# 求阶乘的递归函数
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fact:
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addi $sp, $sp, -8 # 在栈中分配空间
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sw $s0, ($sp) # 存储保存当前数字的寄存器
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sw $ra, 4($sp) # 存储先前的程序计数器
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li $v0, 1 # 初始化返回值
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beq $a0, 0, fact_done # 如果参数为0则完成
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# 否则继续递归
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move $s0, $a0 # 复制 $a0 到 $s0
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sub $a0, $a0, 1
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jal fact
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mul $v0, $s0, $v0 # 做乘法
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fact_done:
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lw $s0, ($sp)
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lw $ra, ($sp) # 恢复程序计数器
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addi $sp, $sp, 8
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jr $ra
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## 宏 ##
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_macros:
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# 宏可以实现用单个标签替换重复的代码块，这可以增强程序的可读性
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# 它们绝不是函数的替代品
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# 它们必须在使用之前声明
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# 用于打印换行符的宏（这可以被多次重用）
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.macro println()
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la $a0, newline # 存储在这里的新行字符串
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li $v0, 4
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syscall
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.end_macro
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println() # 汇编器会在运行前复制此代码块
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# 参数可以通过宏传入。
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# 它们由 '%' 符号表示，可以选择起任意名字
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.macro print_int(%num)
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li $v0, 1
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lw $a0, %num
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||
syscall
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.end_macro
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||
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li $t0, 1
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print_int($t0)
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# 我们也可以给宏传递立即数
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.macro immediates(%a, %b)
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add $t0, %a, %b
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.end_macro
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||
immediates(3, 5)
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# 以及标签
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.macro print(%string)
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||
la $a0, %string
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||
li $v0, 4
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||
syscall
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.end_macro
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||
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||
print(hello_world)
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||
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## 数组 ##
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.data
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list: .word 3, 0, 1, 2, 6 # 这是一个字数组
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||
char_arr: .asciiz "hello" # 这是一个字符数组
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||
buffer: .space 128 # 在内存中分配块，不会自动清除
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||
# 这些内存块彼此对齐
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||
.text
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la $s0, list # 取 list 的地址
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li $t0, 0 # 计数器
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||
li $t1, 5 # list 的长度
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||
loop:
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bgt $t0, $t1, end_loop
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lw $a0, ($s0)
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li $v0, 1
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||
syscall # 打印数字
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||
addi $s0, $s0, 4 # 字的大小为4字节
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addi $t0, $t0, 1 # 累加
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j loop
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end_loop:
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## INCLUDE ##
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# 使用 include 语句可以将外部文件导入到程序中
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# （它只是将文件中的代码放入 include 语句的位置）
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.include "somefile.asm"
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```
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