MIPS32使用栈实现递归乘法无输出问题排查

核心问题列表 #

• 未正确调用递归函数：输入获取完成后没有使用jal mult触发递归调用，直接顺次进入mult标签执行，递归结束后jr $ra无法正确回到main函数的输出逻辑，导致程序跑飞无输出
• 递归终止条件逻辑错误：当前判断$a0(被乘数) == 1作为终止条件，不符合重复加法累加逻辑，应该判断$a1(乘数) == 1作为终止边界，乘数代表被乘数的累加次数
• 终止态返回值未初始化：终止分支中add $v0, $v0, 0使用了未初始化的$v0原值（此时$v0是之前读取输入的系统调用号5，值错误），终止时乘积直接等于被乘数，应该赋值move $v0, $a0
• 栈保存逻辑缺失：递归过程中修改了$a1寄存器，但未将$a1入栈保存，递归返回后上层的$a1值会被破坏
• 输出逻辑完全错误：计算完成的结果存储在$v0寄存器中，现有输出逻辑错误读取未赋值的multiplicand内存空间，且指令顺序错误覆盖了读取值，最终输出内容不符合预期

修复后可运行代码 #

.text
main:
  # 保存main的返回地址，防止调用递归后丢失
  addiu $sp, $sp, -4
  sw $ra, 0($sp)

  # 打印第一个提示，输入被乘数
  li $v0, 4
  la $a0, prompt1
  syscall
  # 读取被乘数存入$a0
  li $v0, 5
  syscall
  move $a0, $v0
  
  # 打印第二个提示，输入乘数
  li $v0, 4
  la $a0, prompt2
  syscall
  # 读取乘数存入$a1
  li $v0, 5
  syscall
  move $a1, $v0
  
  # 正确调用递归乘法函数
  jal mult

  # 输出计算结果
  move $a0, $v0
  li $v0, 1
  syscall
  
  # 恢复栈，结束程序
  lw $ra, 0($sp)
  addiu $sp, $sp, 4
  li $v0, 10
  syscall

# 递归乘法函数：$a0=被乘数，$a1=乘数，$v0=乘积
mult:
  addiu $sp,$sp, -12 # 栈空间存$ra、$a0、$a1三个寄存器
  sw $ra, 0($sp)
  sw $a0, 4($sp)
  sw $a1, 8($sp)

  # 终止条件：乘数为1时，返回被乘数本身
  bne $a1, 1, else
  move $v0, $a0
  j mult_exit
else: 
  # 乘数减1，递归调用
  sub $a1, $a1, 1
  jal mult
  # 递归返回后，累加本次的被乘数到结果
  lw $a0, 4($sp)
  add $v0, $v0, $a0
mult_exit: 
  # 恢复栈寄存器，返回
  lw $ra, 0($sp)
  lw $a0, 4($sp)
  lw $a1, 8($sp)
  addiu $sp, $sp, 12
  jr $ra

.data
prompt1: .asciiz "Enter the multiplicand: "
prompt2: .asciiz "Enter the multiplier: "

测试验证 #

输入被乘数7、乘数9，程序会输出正确结果63。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Zfreeman4