将C语言转换为MIPS - 嵌套数组

Question

我正在学习MIPS汇编语言，看到这本书中的示例，但在我看来它似乎不正确。如果是错误的话，那么这本书中不是第一个我发现的错误。

变量f和g分别被分配到寄存器$s0和$s1中，数组A和B的基地址分别为$s6和$s7。

C代码示例如下：

f = g - A[B[4]];

对应的 MIPS 汇编代码如下：

lw  $t0, 16($s7)
lw  $s0, 0($t0)
sub $s0, $s1, $s0

我的理解是，上面的MIPS代码将从$t0提供的地址处加载一些随机数据，然后从$s1中减去它，并不访问在$s6中表示的数组的索引$t0。

根据我的理解，正确的MIPS汇编代码应该是：

lw  $t0, 4($s7)
add $t0, $t0, $s6
sll $t0, $t0, 2
lw  $s0, 0($t0)
sub $s0, $s1, $s0

我是否正确，这是书中的一个错误还是我理解有误。

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编辑：根据Chris Dodd指出的错误，已经修改了MIPS代码的纠正。

- MitMaro

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我认为你是正确的。做得好！ - davin

你的解释非常好。最大的证明是代码没有提到$s6，所以它无法从数组A中检索元素，这表明代码并没有按照预期执行。 - davin

假设数组A每个元素占4个字节（就像数组B一样——您使用偏移量16来获取第4个元素，并使用lw指令获取4个字节），那么您还需要在这里乘以4（或者等效地左移2位）。 - Chris Dodd

好眼力，Chris Dodd，我没发现那个。 - MitMaro

正确。从书中复制的代码最好情况下是未定义的，最坏情况下会产生段错误。 - Sparafusile

Answer 1

这篇文章是为了任何人（可能是CprE 381的学生）寻找好的例子而写的。原帖作者编辑过的代码仍然是不正确的。第一个load word函数中的偏移量应该是16，如果内存宽度是32位，则可以为4，但那时就不需要进行移位/乘法操作了。假设内存宽度为8位，则需要交换add和shift函数。在原帖作者的代码中，它将A [B [4] / 4]的地址乘以4。先进行移位/乘法操作将得到正确的索引。正确的代码如下：

lw  $t0, 16($s7)   # gets the value of B[4]
                   # offset could be 4 depending on memory width
                   # but then the shift would not be needed
sll $t0, $t0, 2    # this multiplies the index by 4 to get the address offset
add $t0, $t0, $s6  # adds the base address of A and the offset
lw  $t0, 0($t0)    # loads the value at the address
sub $s0, $s1, $t0  # performs subtraction and stores in f

如果有人对16与4的偏移及是否需要进行移位感到困惑，让我来解释一下。如果内存宽度为32位，则一个完整的32位整数可以存储在一个内存位置中。在这种情况下，数组索引与地址偏移量相同。然而，如果内存宽度只有8位（1字节），则32位整数将跨越4个内存位置存储（每个字节一个地址）。这就是为什么需要将索引左移2位（或乘以4）以获得正确的地址偏移量的原因。

- Kollin

Answer 2

正如许多人指出的那样，这本书中存在错误。自从发现这个错误后，我发现了几个类似的错误。

- MitMaro

Answer 3

但是作者在链接时间之前很可能复制了代码。这将开放链接器在语句中填充A[]的内存地址而不是0的可能性

  lw  $s0, 0($t0)

在最终的可执行文件中，我不知道MIPS是否允许那么大的偏移量（也就是A[]最终被放置的地址范围）。当然，在书中这并不是一个好的解释方式，默默地打破自己的前提条件，通常也不知道发生了什么。

- slartibartfast

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这样做是不行的，因为偏移量是有符号的16位字节偏移量，而$s6原则上可以使用完整的32位地址范围。很可能只是书中存在错误。(另外我认为任何MIPS链接器都不会进行此类优化，因为相对偏移量非常麻烦，并且必须处理偏移量过大的情况) - user786653

没有理智的汇编器/链接器会这样做。对于该指令的作用绝对没有任何混淆。那是一个带有寄存器+立即数地址的显式加载指令。这不像高级语言编译器可能插入任何它想要的指令。 - Jeff Mercado