MIPS 组装中 J 与 JAL（以及 JR 与 JALR）的必要性答案

【问题标题】：Necessity of J vs. JAL (and JR vs. JALR) in MIPS assemblyMIPS 组装中 J 与 JAL（以及 JR 与 JALR）的必要性
【发布时间】：2016-12-16 01:23:25
【问题描述】：

我注册是因为我一直在谷歌上搜索这个问题的答案，但找不到答案。

我想知道没有链接的跳转指令在 MIPS 中是否是绝对必要的？

我可以想象，例如，在不需要时使用“AL”版本会导致一些功率损失，但是是否有任何情况（不是完全人为设计或可以相对简单地编码）只有 J/JR 可以工作？

谢谢！

【问题讨论】：

它们不是绝对必要的，但您必须小心保留$ra。
如果您可以通过其他方式将地址输入$ra 来模拟 JAL，那么您就不需要它。但我不太了解 MIPS，不知道是否有 PIC 方法可以做到这一点。
C 有 goto 语句，它看起来像 J 指令。 break 和 continue 声明也可能对此有发言权。
在 RISC-V 上，跳转和链接指令指定一个目标寄存器（而不是始终使用 $ra）。要跳转链接，只需使用零寄存器作为目的地。

标签： assembly mips cpu-architecture

【解决方案1】：

将 cmets 形式化为答案

J/JR 可以用 JAL/JALR 模拟，因为后者执行前者的操作的超集。

正如@Jester 所指出的，例程（C 行话中的函数）必须小心保留它们在$ra 中的返回地址。
除非该例程是叶例程（不进行任何调用）$ra 无论如何都必须保存在某个地方。

实际上JAL/JALR 和J/JR 都可以按照另一个来实现：

用J/JR模拟JAL/JALR

Original               Emulated

jal foo                la $ra, ret_label
                       j foo
                      ret_label:

用JAL/JALR模拟J/JR

Original                Emulated

j foo                   prolog:
                          addi $sp, $sp, -4
                          sw $ra, ($sp)   

                          jal foo

                        epilog:
                          lw $ra, ($sp)
                          addi $sp, $sp, 4

为此，代码必须返回到epilog。假设$ra 主要保存在例程中（因此是标签的名称）。非常感谢 @EOF 指出这个 sn-p 中的一个错误。

正如@Peter 所指出的，对$pc 的访问导致JAL/JALR 的更容易（对于人类）模拟。

正如@EOF 指出的那样，考虑到它们与生俱来的纠缠，某些RISC 机器实际上只有一条针对JAL/JALR 和J/JR 的指令。

考虑到跳转和调用在典型程序中经常发生，因此任何成功的 ISA 都必须能够轻松实现（并快速执行它们）。

【讨论】：

J/JR 的模拟不起作用，因为控制流不会返回，因此此代码不会撤消堆栈调整。尽管如此，+1。
@EOF 是的，当然！脑残。我的意思是 1) 保存 $ra 2) 使用 jal/jalr 进行跳跃 3) 恢复 $ra。固定答案。谢谢
是的，基本上只是把这个函数当作一个非叶函数，不管它是否真的是一个叶函数。
谢谢，这很有意义。为了更进一步，我很好奇删除一对与另一对在代码大小/速度方面的影响。
@ColinWeltin-Wu：明确区分函数调用和跳转还有另一个方面：函数调用向处理器提供了有关未来跳转的额外信息（即return 来自被调用函数）。没有这些信息，return 是一个相当昂贵的操作，因为它是一个绝对分支，这意味着 branch target prediction 参与其中。 OTOH，如果处理器保留一个小的返回地址硬件堆栈，则可以提前知道分支目标，从而允许预取和流水线操作。