如何确定是否应保留寄存器

Question

正在学习MIPS，正在尝试用MIPS表达C语言写的代码

其中，我在研究应该保留的寄存器时，我认为我是单纯从寄存器的类型来决定是否保留的。

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，还有条件g~j是$a0~a3，f是$s0，return 值存储在 $v0.

此时因为条件问题，f存入$s需要保留$s，所以理解为[=17的值=] 存储在堆栈中，然后 $s 稍后恢复。

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，在MIPS中表示如下：

为什么sort()函数中作为参数进来的两个值要分开存放，在$s中没有存放时再使用呢？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，它们按作用域来来去去（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。按照软件惯例，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。

我们需要做的是分析变量及其使用方式。您想回答以下问题：对于每个变量，它所持有的值是在函数调用之前定义的，还是在函数调用之后使用的。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后继续存在，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，直接涉及内存，在后一种情况下，在使用 $s 寄存器的前一种情况下，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），就像循环中经常出现的情况，$s 寄存器是有利和可取的。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，内存可能是它们比 $s 寄存器更好的位置。

在第一个函数中，为局部变量 f 使用 $s 寄存器会很愚蠢 — f 应该放在 $v0 中。为什么？两个原因：

$v0 可用，并且不会被此函数从第一次使用 f 到最后一次使用时所做的任何事情所破坏，并且，
函数以return f;结束，也就是说在函数结束时，f的值需要在$v0.

所以，把它放在首位是有道理的，并且避免了使用 $s 寄存器的开销，而且不需要在最后复制到 $v0。

在第二个函数中，它在循环中调用swap，所以，then

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 本身将消除 $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都是函数调用前定义，函数调用后使用。 i++ 既是 i 的一种用法也是另一种定义——该变量应该在函数调用后继续存在。 j-- 也一样。 v 和 n 都是在函数入口时定义并重复使用的，因此显然它们也必须在 swap 函数调用后继续存在（否则循环的下一次迭代将不起作用）。

由于这 4 个变量使用得相当频繁，$s 寄存器是很好的候选者，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对 $s 寄存器进行一次保存和恢复，而不是在循环体中进行加载和存储，如果循环执行多次，那就是一笔不错的交易。

当我们将逻辑变量映射到物理存储时，这些变量不一定是永久性的，因此有时逻辑变量在代码的一部分中“存在”（映射到）不同的物理存储。

如何确定是否应保留寄存器

How to determine if a register should be preserved

assembly

mips

cpu-registers

calling-convention