我对 MIPS 汇编语言很陌生，目前正在学习计算机体系结构课程，其中有很大一部分是关于 MIPS 编码的。过去我研究过其他几种高级编程语言（C、C#、Python），因此有一些编程基础。
我的问题在这里特别问：MIPS 如何为堆栈中的数组分配内存？我希望回答这个问题能让我对 MIPS 有更好的全面理解，因为我对 MIPS 语言及其架构的概念还有很多了解。我也不太明白指针在这方面是如何工作的......
如果有人能花时间帮助这个困惑的学生，那就太好了！ :)
【问题讨论】：
标签： assembly malloc mips computer-architecture
嗯.. 你应该知道 MIPS 和 C 一样，本质上具有三种不同的内存分配方式。
考虑以下 C 代码：
int arr[2]; //global variable, allocated in the data segment
int main() {
int arr2[2]; //local variable, allocated on the stack
int *arr3 = malloc(sizeof(int) * 2); //local variable, allocated on the heap
}
MIPS 程序集支持所有这些类型的数据。
要在数据段中分配一个 int 数组，您可以使用：
.data
arr: .word 0, 0 #enough space for two words, initialized to 0, arr label points to the first element
要在堆栈上分配一个 int 数组，您可以使用：
#save $ra
addi $sp $sp -4 #give 4 bytes to the stack to store the frame pointer
sw $fp 0($sp) #store the old frame pointer
move $fp $sp #exchange the frame and stack pointers
addi $sp $sp -12 #allocate 12 more bytes of storage, 4 for $ra and 8 for our array
sw $ra -4($fp)
# at this point we have allocated space for our array at the address -8($fp)
要在堆上分配空间，需要进行系统调用。在 spim 模拟器中，这是 system call 9:
li $a0 8 #enough space for two integers
li $v0 9 #syscall 9 (sbrk)
syscall
# address of the allocated space is now in $v0
【讨论】：
与其他拱门不同，MIPS 没有推送或弹出寄存器/立即指令。所以你依靠自己管理堆栈。这实际上在 mul/div 之外的大多数拱门中都有说明，您的寄存器没有特定用途，只是建议的使用方式。现在，如果您随心所欲地使用它，例如，如果您尝试与 C 集成，就会破坏某些东西。
为了将某些东西压入堆栈，您需要使用存储指令。这些是sb, sh, sw, swl, swr。字节、半、字、左字、右字。
addiu $sp, $sp, -4 # push stack 1 word
sw $t0, 0($sp) # place item on newly pushed space
为了从堆栈中弹出一些东西，你只需要用 addiu 减量它。但是，您可能希望使用 lb, lh, lw, lwl, lwr 从其中加载数据。
lw $t0, 0($sp)
addiu $sp, $sp, 4 # pop stack 1 word
这是一个使用两个词push的例子。
addiu $sp, $sp, -8 # allocate two words
sw $t0, 0($sp) # push two registers t0 t1
sw $t1, 4($sp)
lw $t1, 4($sp) # pop two registers t0 t1
lw $t0, 0($sp)
addiu $sp, $sp, 8 # deallocate two words
这是一个将它用于返回地址的示例，因此对非叶函数的调用不会搞砸你。
# grab us a quick string
.data
example_str: .asciiz "hello world :^)"
# grab us a function
.text
.globl example
.type test, @function
test:
addiu $sp, $sp, -4 # push stack for 1 word
sw $ra, 0($sp) # save return address
la $a0, example_str # call puts and give it a string
jal puts
nop
lw $ra, 0($sp) # load return address
addiu $sp, $sp, 4 # pop stack for 1 word
jr $ra # return from function to caller
nop
这是一个连续推送多个元素的示例。弹出当然是相反的。
.data
example_arr: .word 0, 0, 0, 0
.text
addiu $sp, $sp, -16
la $t0, example_arr
lw $t1, 0($t0)
sw $t1, 0($sp)
lw $t1, 0($t0)
sw $t1, 4($sp)
lw $t1, 0($t0)
sw $t1, 8($sp)
sw $t1, 12($sp)
这里是一个使用 malloc/calloc 的例子。
# grab us a function
.text
.globl example
.type test, @function
test:
addiu $sp, $sp, -4 # push stack for 1 word
sw $ra, 0($sp) # save return address
li $a0, 4 # allocate 4*4 bytes (16)
li $a1, 4
jal calloc
nop
addiu $sp, $sp, -4 # push stack for 1 word
sw $v0, 0($sp) # save calloc'd buffer
move $t0, $v0 # get the buffer into a temp
li $t1, 1 # fill some temps with numbers
li $t2, 2
li $t3, 3
li $t4, 4
sw $t1, 0($t0) # save some temps to buffer
sw $t2, 4($t0)
sw $t3, 8($t0)
sw $t4, 12($t0)
... do stuff with the buffer ...
lw $a0, 0($sp) # pop buffer from stack
jal free # run it through free
nop
addiu $sp, $sp, 4 # don't forget to decrement
lw $ra, 0($sp) # load return address
addiu $sp, $sp, 4 # pop stack for 1 word
jr $ra # return from function to caller
nop
就像我之前提到的，没有什么是硬定义的特定用途，所以你也可以使用你自己的堆栈，如果你愿意的话，忘记使用 $sp。我展示了我使用 $t* 作为 $s* 的示例。这适用于强制每个函数拥有自己的堆栈或您能想到的其他用例的情况。例如，Lua (https://lua.org) 在某种程度上做到了这一点。但是，不是 MIPS。多个堆栈很可爱，尤其是在处理多个目标时。
编辑： 我意识到我省略了堆栈帧指针。请注意，如果您的代码与用 C 编写的内容相关联，那么您应该正确处理堆栈帧指针。
【讨论】：
sw 0($sp), 0($t0) 存储指令必须有一个寄存器源，例如sw $t1, 0($t0)！ You can't do this even on x86。我查了一下，连MARS都不把它当作伪指令用LW转成$at给你，所以你需要自己lw。除非您真的对自己的架构知识/经验充满信心，否则请确保您的代码至少可以编译/组装，即使您没有测试运行它（因为您只展示了不能单独工作的片段）。
在 MIPS 中，我们手动管理堆栈，因此我们使用存储指令“sb sh sw swl swr”
【讨论】：