如何确定是否应保留寄存器

Question

我正在学习 MIPS，我正在尝试用 MIPS 表达用 C 语言编写的代码。

其中，在研究应该保留的寄存器时，我认为我只是通过考虑寄存器的类型来决定是否保留。

int leaf_example (int g, int h, int i , int j)
{
    int f;
    f = (g+h)-(i+j);
    return f;
 }

比如有上面的代码，有条件g~j是$a0~a3，f是$s0，返回值存放在@987654333 @。

此时因为有问题，f存储在$s中，$s需要保留，所以我明白了$s0的值是存储在栈上然后@ 987654338@后来恢复了。

void sort(int v[],int n)
{
    int i, j;
    for (i = 0 i < n; i++){
        for (j = i - 1; j >= 0 && v[j] > v[j + 1]; j-=1){
            swap(v, j);
        }
    }
}

但是，当有像上面这样的代码时，它在 MIPS 中表示如下：

为什么sort()函数的参数进来的两个值是分开存放的，在$s没有存放的时候再使用呢？我不知道如何确定应该保留哪些寄存器。

在上面的代码中，我想知道为什么需要保留$a0$a1。也就是说，如果您能告诉我如何区分代码中应该保留哪些值，我将不胜感激。

Answer 1

在 C 或伪代码中，我们有生命周期有限的逻辑变量，它们按范围来来去去（例如局部变量和参数），而在汇编中，我们有物理存储。当我们将算法翻译成汇编语言时，我们必须将逻辑变量映射到物理存储中。

为变量选择的特定存储必须满足其生命周期和使用要求。根据软件约定，MIPS 将寄存器（物理存储）细分为调用保留寄存器和调用破坏寄存器。

我们需要做的是对变量及其使用方式的分析。您想回答以下问题：对于每个变量，它所保存的值是在函数调用之前定义的，并在一个之后使用。如果任何变量的答案是肯定的，那么该变量必须存储在一个保留的位置，该位置将在函数调用中继续存在，并且这些位置是$s 寄存器或（本地）堆栈内存。但无论哪种方式，都直接涉及到内存，在后一种情况下，在前一种情况下使用$s寄存器，必须保留这些寄存器本身以遵循约定。

如果代码多次使用变量（通过动态计数），$s 寄存器是有利且可取的，就像循环的情况一样。否则，如果变量仅使用一次（或在动态路径上意外或对性能不重要），例如，内存可能比$s 寄存器更适合它们。

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在第一个函数中，为局部变量f 使用$s 寄存器是很愚蠢的——f 应该进入$v0。为什么？两个原因：

• $v0 是可用的，并且从第一次使用 f 到最后一次使用，该函数所做的任何事情都不会破坏，并且，
• 函数以return f;结尾，也就是说函数结束时，f的值需要在$v0中。

因此，将其放在首位是有意义的，并且避免了使用 $s 寄存器的开销，而且无需在最后复制到 $v0。

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在第二个函数中，它在循环内调用swap，所以，然后

• 假定函数调用会清除所有参数寄存器（它们是调用破坏集的一部分）
• sort 本身将消灭 $a0 和 $a1 作为进行该函数调用的参数传递部分。

变量i、j、v、n都是在函数调用之前定义，之后使用。 i++ 既是 i 的用法也是另一种定义——该变量应该在函数调用中继续存在。 j-- 也一样。 v 和 n 都是在函数入口时定义并重复使用的，因此显然它们还必须在 swap 函数调用中存活下来（否则循环的下一次迭代将无法工作）。

由于这 4 个变量的使用频率很高，$s 寄存器是很好的候选对象，作为替代方案，内存需要在循环体中插入额外的加载和存储。

权衡是在序言和尾声中分别保存和恢复到$s寄存器一次，而不是在循环体中进行加载和存储，如果循环执行多次，这是一个很好的交易。

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当我们将逻辑变量映射到物理存储时，它们不一定是永久的，因此有时逻辑变量“存在”（映射到）代码的一部分与另一部分不同的物理存储。