迭代 MIPS 中的链表

Question

这是我第一次使用程序集，我正在尝试实现一个链表。 每个节点是 2 个字 - 第一个是节点的值，第二个是列表中下一个节点的地址。对于最后一个节点，next 为零。 列表的基数是包含第一个节点地址的单词，如果列表为空，则为 0。

我正在尝试实现函数“添加项目”，其中第一个参数 ($a0) 是列表基址的地址，$a1 是存储我要添加到我的值的地址列表。 为此，我尝试遍历列表并找到最后一项，因此我将其“下一个”值设置为我创建的新节点。

我觉得这很丑陋（我同时使用“循环”和“增加”）并且我错过了一种更简单的方法来遍历列表，但我有点困惑如何做到这一点正确使用一个循环，因为我想在列表结束前停止 1 步 有什么更好的方法来实现这一目标？

谢谢！！

AddItem:
    # first I make the new node:
    addi $sp,$sp,-8         # we make room in stack for the new item
    lw $t0,0($a1)           # load new item's value from its address
    sw $t0,0($sp)           # set new node's value
    sw $zero,4($sp)         # set new node's next to 0 because it's now the last item
    # now I want to find where to put it:
    lw $t2,0($a0)           # $t2 contains the address of the first node in the list
    beq $t2,$zero,AddFirstItem  # in case the list is empty and we add the first item
    # if the list is not empty we need to find the last item:
    add $t0,$zero,$t2       # initialize $t0 to point to first node
    loop:
    lw $t1,4($t0)           # $t1 is the address of next item
    bne $t1,$zero,increase
    j addItem           # when we reach here, $t0 is the last item of the list
    increase:           # we iterate on the items in the list using both "loop" and "increase"
    add $t0,$t1,$zero       # $t0 which is the current item is now updates to current item's next
    j loop
    
    addItem:
    sw $sp,4($t0)           # set current item ($t0) next to be the node we created 
    j EndAddItem
    
    AddFirstItem:
    sw $sp,0($a0)       # setting the base of the list to the node we created
    
    EndAddItem:
    jr $ra

Answer 1

你的遍历列表的代码没问题，看起来有点像这样：

...
while ( node != null ) {
    prev = node;
    node = node -> next;
}
// node is null and prev is the last non-null pointer

就改进而言，这里：

    bne $t1,$zero,increase
    j addItem           # when we reach here, $t0 is the last item of the list
increase:

这个条件分支围绕一个无条件分支分支。这是不必要的，因为我们可以反转条件并交换分支目标：

    beq $t1,$zero,addItem
    # j addItem           # when we reach here, $t0 is the last item of the list
#increase:

您将能够消除j addItem，并且标签increase 也将不再需要。

---

为了进一步改进，您的主列表对象可以保留一个指向列表末尾的指针。虽然随着节点的添加和从列表中删除，这将需要更多的维护，但它将消除查找列表末尾的搜索循环。

---

就您的内存分配而言，您正在为保持函数实例化的数据结构节点分配堆栈上的节点。这可能在短期内有效，但从长远来看，在运行时堆栈上分配持久数据结构非常容易出错。一个函数应该返回给它的调用者，堆栈的顶部（即堆栈指针的值）与它被调用时的位置相同。如果此函数的任何调用者以正常方式使用堆栈，他们将无法找到基于堆栈的变量/存储。

---

MARS 和 QTSPIM 没有正确的 malloc 和 free 函数，但它们应该用于持久内存分配。这些模拟器有sbrk 可以替代malloc 但没有对应的free 操作。 （我们可以说正确的malloc 和free 留给读者作为练习；）

您可以更改堆栈的头部，但必须在返回时将其恢复到原来的位置。通过这种方式，堆栈可用于生命周期与函数调用的持续时间相匹配的任何存储需求。

例如，假设main 调用A，A 调用B，B 调用C。所以，当main 使用jal A 时，它会在$ra 中传递A 一个（从C 中隐藏的）参数，它告诉A 如何返回到main。然而，在A 完成之前，它调用B，使用jal B。 jal 将重新调整$ra 寄存器的用途，现在作为B 的参数返回到A。如果没有缓解，A 的$ra 参数（返回到main）将被清除。因此，A 使用jal 调用B 之前，它保存了原来的$ra 值。它最后需要这个值，所以它可以返回到main。因此，在调用A 期间，A 将其$ra 值存储在堆栈中。这在逻辑上释放了$ra 寄存器，以便重新用于调用B。 B 也有类似情况。如果C 是我们所说的叶函数（不进行任何函数调用），那么C 将简单地留下$ra 并在最后使用它。 C返回B，B从它分配的栈内存中取出它的返回地址，释放它分配的栈内存，然后返回到A。 A 还获取它存储在堆栈分配内存中的返回地址，它可以找到它，因为堆栈指针具有与存储返回地址时相同的值：jal B 操作，就A 而言，没有改变栈顶，在调用B 之后它在同一个地方——尽管B 也分配（并释放）了一些内存。

总而言之，在许多情况下，函数需要一些本地存储，其生命周期与函数调用的持续时间完全匹配。堆栈是满足这些需求的廉价内存分配机制。