A Linguagem de Máquina – Funções e recursividade

Prof. André Luis M. Silvaandreluis.ms@gmail.com

orgearq200101.wordpress.com

Funções e Procedimentos Procedimento ou função é um recurso empregado em linguagens de alto nível para modularizar código. Chamadas de função usam alguns registradores reservados, são eles:

$a0 - $a3: quatro registradores de argumento, para passar parâmetros $v0-$v1: dois registradores de valor, para valores de retorno $ra: um registrador de endereço de retorno, para retornar ao ponto de origem.

Funções e Procedimentos Registradores reservados para chamada de

funções: $a0 - $a3: quatro registradores de argumento,

para passar parâmetros

$v0-$v1: dois registradores de valor, para valores de retorno

Funções e Procedimentos Registradores reservados para chamada de

funções:

$ra: um registrador de endereço de retorno, para retornar ao ponto de origem.

$PC (program counter): Registrador armazena o endereço da instrução atual sendo executada.

Então qual endereço salvo por jal no registrador $ra?

Funções e Procedimentos Instrução jal (jump and link)

Desvia para um endereço e simultaneamente salva o endereço da instrução seguinte no registrador $ra (endereço de retorno).

Sintaxe jal laco

Funções e Procedimentos Qual seria o código assembly do seguinte

procedimento C?

void exemplo_chamada(){ exemplo_folha(2, 3, 4, 5);}

int exemplo_folha (int g, int h, int i, int j){int f;f = (g + h) – (i + j);return f;

}

Caller ou função chamadora

Callee ou função chamada

Funções e Procedimentosexemplo_chamada: addi $a0, $zero, 2 addi $a1, $zero, 3 addi $a2, $zero, 4 addi $a3, $zero, 5 jal exemplo_folhaexemplo_folha: add $t0, $a0, $a1 # $t0 = g+h add $t1, $a2, $a3 # $t1 = i + j sub $s0, $t0, $t1 # $s0 = (g+h) – (i + j) add $v0, $s0, $zero #return f jr $ra

$sp

Funções e Procedimentos Para codificar funções devemos seguir essas regras.

1. Caller coloca os valores de parâmetro em $a0 - $a3. 2. Caller utiliza jal X para chamar o procedimento X 3. Callee realiza os cálculos, coloca os resultados em $v0-$v1. 4. Callee retorna o controle para o caller usando jr $ra.

Funções e Procedimentos Quando a função possui 5 ou mais

argumentos, o calee realiza um processo denominado spilling registers. Armazenar em memória valores que serão

necessários posteriormente para a execução do programa.

Para controle da memória, o MIPS possui um registrador especial denominado stack pointer ($sp). O stack pointer sempre aponta para o último

endreço alocado mais recentemente.

Spilling Registers

10000$sp = 10000 Stack

Spilling Registers

Valor do registrador $r110000

$sp = 9996 Stack

9996

crescimento

Spilling Registers

Valor do registrador $r110000

$sp = 9992 Stack

9996Valor do registrador $r2

9992

crescimento

Spilling Registers

Spilling registers também são utilizados para preservar valores de registradores salvos.

Spilling Registers Qual seria o código assembly do seguinte procedimento C?

void exemplo_chamada(){ int p = 0; p += 5; exemplo_folha(2, 3, 4, 5);}

int exemplo_folha (int g, int h, int i, int j){int f;f = (g + h) – (i + j);return f;

}

Caller ou função chamadora

Callee ou função chamada

Spilling Registersexemplo_chamada: addi $s0, $s0, 5 addi $a0, $zero, 2 addi $a1, $zero, 3 addi $a2, $zero, 4 addi $a3, $zero, 5 jal exemplo_folhaexemplo_folha: add $t0, $a0, $a1 # $t0 = g+h add $t1, $a2, $a3 # $t1 = i + j sub $s0, $t0, $t1 # $s0 = (g+h) – (i + j) add $v0, $s0, $zero #return f jr $ra

$sp

Problema:Valor de $s0 perdido após a chamada de uma função. Exemplo_folha deve fazer backup do valor.

Spilling Registersexemplo_folha: addi $sp, $sp, -4 sw $s0, 0($sp)

add $t0, $a0, $a1 # $t0 = g+h add $t1, $a2, $a3 # $t1 = i + j sub $s0, $t0, $t1 # $s0 = (g+h) – (i + j) add $v0, $s0, $zero #return f lw $s0, 0($sp) addi $sp, $sp, 4

jr $ra

$sp

Mudanças

Mudanças

Memória

$s0…

Memória

$s0…

$sp

$sp

Funções aninhadas e recursivas Funções que fazem chamadas a outras funções são

chamadas aninhadas. Quando elas chamam a si mesmo, denominamos

recursivas. Tais funções precisam fazer “backup” do registrador

$ra. Porque? Como seria a implementação dessa função?

int fact (int n){ if (n < 1) return (1); else return (n * fact(n – 1));}

Funções aninhadas e recursivasfact:

addi $sp, $sp, -8 #aloca 2 itens em memória sw $ra, 4($sp) # armazena endereço de retorno

sw $a0, 0($sp) # armazena n slti $t0, $a0, 1 # teste para n < 1 beq $t0, $zero, L1 # se n>=1 vai para L1 addi $v0, $zero, 1 # retorna 1 addi $sp, $sp, 8 # retira 2 itens da memória jr $ra #retorna para depois de jal

L1: addi $a0, $a0 -1 #arg1 = n – 1; jal fact #chama fact(n-1);

lw $a0, 0($sp) #retorna de jal. Restaura n lw $ra, 4($sp) #restaura endereço de retorno addi $sp, $sp, 8 #ajusta stack pointer mul $v0, $a0, $v0 # retorna n * fact( n - 1) jr $ra # retorna para o procedimento que o chamou

Suporte a procedimentos no hardware do computador Além dos elementos citados, a memória também pode ser utilizada para armazenar outros elementos.

Alguns exemplos são variáveis locais (tais como arrays ou estruturas) que não cabem em registradores.

Este segmento de memória relativo a um procedimento é conhecido como frame ou registro de ativação.

Em geral os processadores possuem um registradorespecífico para apontar para o início do frame. Este registrador é conhecido como frame pointer ($fp).

Suporte a procedimentos no hardware do computador

Atividade 8 Codifique utilizando assembly. Façam uso da

instrução div $r0, $r1, $r2, onde $r0 = $r1/$r2.

int harmonico( int n){ if (n <= 1) return 1; else return (1/n + harmonico(n-1));}

Atividade 9 Codifique o seguinte código em assembly:

int fibonacci (int n){ int i, atual = 1, anterior =0, auxiliar; if (n ==0) return 0; if (n ==1) return 1; for(i = 2; i <= n; i++){ auxiliar = atual; atual = atual + anterior; anterior = auxiliar; } return atual;}

Atividade 10Codifique o seguinte código em assembly:int ack(n: int, m: int){

if (n == 0) ack = m + 1;else if (n > 0 && m == 0) ack = ack(n-1,m);else ack = ack(n-1,ack(n,m-1));}

Referências Henessy e Patterson Capítulo 2.