MIPS实现简单冒泡排序
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MIPS实现简单冒泡排序
在本文中,我们将会用MIPS来实现一段C语言中简单的冒泡排序
C语言的代码如下所示
void sort(int v[], int n)
{
int i, j;
for (i = 0; i < n ; i += 1) {
for (j = i - 1; j >= 0 && v[j] > v[j + 1]; j -= 1){
swap(v,j)
}
}
}
先来分析一下这段程序.
寄存器的分配:
# $a0 = *v, $a1 = n
a0放置数组v的首地址
a1放置n的值
# $s0 = i, $s1 = j
s0放置i的值
s1放置j的值
首先,我们看到有两层的循环,第一层的循环只有对第二层循环的过程和对i的加1,我们可以用简单的语句将其表示出来
move $s0,$0 # 将i=0 放到s0寄存器中
for1tst:
slt $t0, $s0, $s3 # $t0 = 0 if $s0 >= $ a1 (i >= n)
beq $t0, $zero, exit1 # go to exit if $t0 = 0 (i < n)
addi $s1, $s0, -1 # j = i -1
# entity
addi $s0, $s0, 1 # i+=1
j for1tst
这段程序将i初始化为0,并将其放入寄存器s0中.
然后声明了一个for1tst,首先先要判断i是否小于n,slt语句是(set when less than) 在 i < n时,t0会被置为1,反之则为0.在后面声明了一个分支语句,如果t0的值与$0,也就是0相同,程序则跳转到exit1.反之,则会执行实体里面的内容(现在暂空),并且在执行完之后,将i所属寄存器的值+1,并跳回到标签开始.
第一层循环分析完后,我们来看看第二层的循环.
第二层的循环里面,j在初始化之后,是递减的,并且多了一个判断循环退出的条件.
我们先来看看如何判断v[j] > v[j + 1]
# 根据取地址的原则,我们先将jx4,左移两位
sll $t1, $s1, 2
# 然后分别取两个数的值
lw $t2, 0($t1) # $t2 = v[j]
lw $t3, 4($t1) # $t3 = v[j+1]
# 再判断他们是否有v[j] > v[j + 1],如果条件不成立,则跳转至结束
slt $t0, $t3, $t2 # $t0 = 0 if t3 >= t2 --> t2 > t3
beq $t0, $0, exit2
而判断j是否大于等于0则与上面的相似,不再赘述
有以下框架
for2tst: # the second layer loop
slti $t0, $s1, 0 # whether j >= 0 ?
bne $t0, $0, exit2
sll $t1, $s1, 2
add $t1, $a0, $t1
lw $t2, 0($t1) # $t2 = v[j]
lw $t3, 4($t1) # $t3 = v[j+1]
slt $t0, $t3, $t2 # $t0 = 0 if t3 >= t2 --> t2 > t3
beq $t0, $0, exit2
move $a0, $s2 # the address of v
move $a1, $s1 # the value of j
jal swap
addi $s1, $s1, -1
j for2tst
# the second layer loop end
exit2:
addi $s0, $s0, 1 # i+=1
j for1tst # jump to the first layer loop
而swap,也就是交换函数则相对来说简单得多了,故直接给出
swap:
sll $t1, $a1, 2
add $t1, $t1, $a0
lw $t0, 0($t1)
lw $t2, 4($t1)
sw $t0, 4($t1)
sw $t2, 0($t1)
jr $ra
然后我们再把这个程序串起来
# Translate C:
# void sort(int v[], int n)
# {
# int i, j;
# for (i = 0; i < n ; i += 1) {
# for (j = i - 1; j >= 0 && v[j] > v[j + 1]; j -= 1){
# swap(v,j)
# }
# }
# }
# $a0 = *v, $a1 = n
# $s0 = i, $s1 = j
.data
v: .word 0x4 0x3 0x1 0x5 0x2 0x6
.text
.globl main
main:
la $a0,v
li $a1,6
addi $sp, $sp, -20
sw $ra, 16($sp)
sw $s3, 12($sp)
sw $s2, 8($sp)
sw $s1, 4($sp)
sw $s0, 0($sp)
move $s2, $a0
move $s3, $a1
move $s0, $0 # i = 0
for1tst: # the first layer loop
slt $t0, $s0, $s3 # $t0 = 0 if $s0 >= $ a1 (i >= n)
beq $t0, $zero, exit1 # go to exit if $t0 = 0 (i < n)
addi $s1, $s0, -1 # j = i -1
for2tst: # the second layer loop
slti $t0, $s1, 0 # whether j >= 0 ?
bne $t0, $0, exit2
sll $t1, $s1, 2
add $t1, $a0, $t1
lw $t2, 0($t1) # $t2 = v[j]
lw $t3, 4($t1) # $t3 = v[j+1]
slt $t0, $t3, $t2 # $t0 = 0 if t3 >= t2 --> t2 > t3
beq $t0, $0, exit2
move $a0, $s2 # the address of v
move $a1, $s1 # the value of j
jal swap
addi $s1, $s1, -1
j for2tst
# the second layer loop end
exit2:
addi $s0, $s0, 1 # i+=1
j for1tst #jump to the first layer loop
# the first layer loop end
exit1:
lw $ra, 16($sp)
lw $s3, 12($sp)
lw $s2, 8($sp)
lw $s1, 4($sp)
lw $s0, 0($sp)
addi $sp, $sp, 20
jr $ra
swap:
sll $t1, $a1, 2
add $t1, $t1, $a0
lw $t0, 0($t1)
lw $t2, 4($t1)
sw $t0, 4($t1)
sw $t2, 0($t1)
jr $ra
运行实例
我们可以在SPIM中运行上面的程序
加载后,没运行之前,内存区与寄存器区图如下
而在运行之后,内存区的6个words都被排序好了
附录A:MIPS常用指令
