含数组的C语言循环转MIPS汇编（栈实现）的疑问咨询

先把原C代码贴出来方便对照：

void subr1(char *a, int v[]) { 
    int i; 
    char c[12]; 
    for (i=11; i >= 0; i--) { 
        v[i] = subr2(c[i], *a); 
    } 
}

再看看教授给出的带你的疑惑标注的汇编代码：

addiu $sp,$sp,-28    # Activation block（疑惑：为什么是-28？栈帧大小怎么算的？）
sw $ra, 24($sp)      # Space for $ra (4 bytes)
sw $s0, 20($sp)      # Space for *a（疑惑：$s0用来保存*a？为什么不用临时寄存器？）
sw $s1, 16($sp)      # Space for v[]（疑惑：同理，$s1存v的地址？）
sw $s2, 12($sp)      # Space for i（疑惑：循环变量i存在$s2？）
# 这里是不是还有c[12]的空间？12字节的char数组，那栈帧里的分配怎么对应？
move $s0, $a0        # 把参数a（$a0）存入$s0
move $s1, $a1        # 把参数v（$a1）存入$s1
li $s2, 11           # i = 11，初始化循环变量
loop:
sll $t0, $s2, 2      # t0 = i * 4（因为v是int数组，每个元素4字节）
add $t1, $s1, $t0    # t1 = v + i*4，即&v[i]
sll $t0, $s2, 0      # t0 = i（因为c是char数组，每个元素1字节，左移0位就是i本身）
add $t2, $sp, $t0    # t2 = sp + i？不对啊，c[12]是在栈里的，那c的起始地址是哪里？
lb $a0, 0($t2)       # a0 = c[i]（疑惑：这里的地址计算是不是有问题？）
lb $a1, 0($s0)       # a1 = *a，取a指向的char值
jal subr2            # 调用subr2，返回值在$v0
sw $v0, 0($t1)       # v[i] = 返回值
addi $s2, $s2, -1    # i--
bge $s2, $zero, loop # i >=0 继续循环
lw $s2, 12($sp)      # 恢复$s2
lw $s1, 16($sp)      # 恢复$s1
lw $s0, 20($sp)      # 恢复$s0
lw $ra, 24($sp)      # 恢复$ra
addiu $sp,$sp,28     # 释放栈帧
jr $ra               # 返回

接下来逐个解答你的疑惑：

• 栈帧大小为什么是28字节？
  咱们掰着手指头算：MIPS栈是向下增长的，这个函数的栈帧需要容纳这些内容：

  • 4个需要保存的寄存器：$ra（4字节）、$s0（4字节）、$s1（4字节）、$s2（4字节）→ 加起来16字节
  • 局部char数组c[12] → 12字节
    16+12=28，刚好对应addiu $sp,$sp,-28。另外MIPS通常要求栈对齐到8字节，28是4的倍数，但这里刚好凑齐，完全符合要求。

• 为什么用$s系列寄存器保存参数和循环变量？
  MIPS的调用约定里，$s0-$s7是保存寄存器（saved registers）——意思是如果当前函数要使用这些寄存器，必须先把它们原来的值存到栈里，函数返回前再恢复。而$t0-$t9是临时寄存器，不需要保存，调用其他函数时很可能被修改。
  这里循环变量i在整个循环过程中要持续使用，而且调用subr2的时候临时寄存器可能会被覆盖，所以用$s2保存i更稳妥；同理，*a和v[]是函数的输入参数，整个函数执行过程中都要访问，存在$s0、$s1里既不用每次重新从参数寄存器取，也能避免被临时寄存器的操作冲掉。

• c[i]的地址计算是不是正确？
  完全没问题！你看，add $t2, $sp, $t0里的$t0就是i（sll $t0, $s2, 0就是把i的值直接赋给t0，左移0位等于没操作）。而c[12]的起始地址就是当前的$sp——因为我们刚把栈指针减了28，栈帧最底部（$sp指向的位置）就是c[0]，$sp+11就是c[11]，所以当i=11时，$sp+11正好对应c[11]，完美匹配循环的起始值。而且char是1字节，所以直接用i作为偏移量就行，不用像int数组那样乘4。

• 关于栈帧里的空间分配对应关系
  给你理一下栈帧的布局（从高地址到低地址，因为栈向下增长）：

  • 24($sp)：保存的$ra（4字节）
  • 20($sp)：保存的$s0（4字节）
  • 16($sp)：保存的$s1（4字节）
  • 12($sp)：保存的$s2（4字节）
  • 0($sp)到11($sp)：char数组c[12]（12字节）
    这样整个栈帧从$sp到$sp+27，总共28字节，完全对应上。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Arnau