入门篇

入门篇

MIPS 的指令非常多，指导书当中也只会列举出完成实验常用的指令。

在课件下载区新增了《MIPS32-Quick Reference》，是常用 MIPS 指令的快速查询手册。

MIPS 汇编编写的主要的一个难点就是，一次只能做一个运算，但是会用到好几个寄存器，稍微复杂一点就乱了。我的建议是对每一个使用到的寄存器，都做上注释防止出现混乱。

另外，希望大家在写 MIPS 汇编的时候，多多参考 MARS Help 当中的内容。

赋值

在 C 语言中，我们最先用到的便是给变量赋值，这个在 MIPS 中该如何实现呢？

下面这条指令的意思，就是将 t1 寄存器的值赋值为 100，其实际含义是给 $t1 赋值为 100 和 0 进行按位或运算后得到的结果。

 ori $t1, 100

当然了，我们也可以使用扩展指令（伪指令）li（load immediate），下面这条指令的意思，便是直接将 $t1 寄存器赋值为 100，该指令与上一条指令的效果完全一致。

 li $t1, 100

是不是很简单呢？

传值

学过 C 语言的同学马上想到，在我给变量 a 赋值后，想把 a 的值传给变量 b，我们常用 b = a 的方法进行传值，那么在 MIPS 中该如何实现呢？

 move $t1, $t2

这条指令的意思，就是将 $t2 寄存器的值传给 $t1 寄存器，同时 $t2 寄存器中的值不变，与 C 语言中 b = a 的含义基本一致。

加减运算

在 MIPS 中，加减便更为简单，如下公式的含义为 $t1 寄存器的值为 $t2 寄存器的值加上 $t3 寄存器的值。

 add $t1, $t2, $t3

而如果需要在公式中包含数字，我们一般使用如下公式，含义为 $t1 寄存器的值为 $t2 寄存器的值加上 100。

addi 表示 add immediate（其实直接 add 也可以做到）。

 addi $t1, $t2, 100

减法的使用方法相似，可以查看 MIPS 指令集进行学习，这里不再赘述。

乘法运算

在 MIPS 中，所有的寄存器都是 32 位的，所以两个 32 位的数相乘，显然就会乘出 64 位的结果，不可避免的就会出现溢出的情况。

如果不考虑溢出，那么乘法与上面的加减运算是完全一致的。（不过我们的实验不考虑乘法溢出的情况）

如果考虑溢出怎么做呢？

所以 MIPS 使用了两个寄存器 $hi（即 high）和 $lo（即 low）来存储乘法得到的结果。

 mult $t1, $t2

上面这条指令执行之后，乘积的高 32 位就会被放到 $hi 寄存器，低 32 位就会被放到 $lo 寄存器。

需要使用 mfhi 指令 获得 $hi 寄存器里的内容， mflo 指令 获得 $lo 寄存器里的内容。

除法运算和模运算

对于除法运算，在 C 语言中，两个整数的除法是整除，例如 5 / 2 = 2。

而在 MIPS 中，除法是带有余数的，我们来看 MIPS 指令集中对于除法的描述：

商存放在 $lo 寄存器，而余数存放在 $hi 寄存器，我们需要使用 mfhi 指令 获得 $hi 寄存器里的内容， mflo 指令 获得 $lo 寄存器里的内容。

完整代码如下所示：

 li $t1,5 # 被除数为 5
 li $t2,2 # 除数为 2
 div $t1, $t2 # 计算 5 / 2，其中商存放在 lo 寄存器，而余数存放在 hi 寄存器
 mfhi $t3 # 将 hi 寄存器中的值取出放到 t3 寄存器（余数，值为 1）
 mflo $t4 # 将 lo 寄存器中的值取出放到 t4 寄存器（商，值为 2）

输入输出

学习了最简单的几种指令后，我们来学习输入输出（scanf 和 printf）的方式，这一块是很重要的内容，也是一个小小的难点

众所周知，MIPS 中有很多的的寄存器，虽然大部分寄存器可以乱用（不是），但是有一些寄存器是有着自己独特的含义的，比如接下来要学习的 $v0 寄存器。

$v0 寄存器的值与 syscall（系统调用）是紧密联系在一起的，如果用非常非常非常大白话的方式来讲，就是 $v0 寄存器里的值决定了 syscall 是输入还是输出，输入（输出）的是数字还是字符/字符串，如下代码

 li $v0, 5
 syscall

这个代码的表面含义是，把 $v0 寄存器的值赋值为 5，然后进行系统调用，而其实际含义是读入一个整数，该整数的值被存储在 $v0寄存器中。或者你可以这么理解：$v0 寄存器为 5 决定了 syscall 为读入一个整数，并将读入的值存储在 $v0 寄存器中。

有同学会问，那我怎么知道 $v0 的值与 syscall 的值的对应关系呢？可以查询 MARS help。

点击 syscall，其中就有 $v0 值对应 syscall 的表格，比如第一排我可以这么理解：$v0 是 1，对应 syscall 是输出整数（print integer），输出的值是 $a0 寄存器内的值。是不是很简单？

终止程序

终止程序代码如下所示：

 li $v0, 10
 syscall

只要执行到上面的代码，程序就会停止运行。

第一个程序

学会了这些，我们就可以写一个最最简单的程序。

输入一个整数 n，输出 n + 1 的值。

MIPS 汇编代码如下：

 li $v0, 5
 syscall                 # 读入一个整数
 
 addi $v0, $v0, 1        # 加 1
 move $a0, $v0           # 把 v0 寄存器的值移到 a0
 
 li $v0, 1
 syscall                 # 输出 a0 寄存器的值

在保存后，我们点击 run-assemble

点击最大的绿色按钮

随便输入一个数 20，系统自动输出 21，是不是和我们预计的结果一样？

恭喜你，你已经学会了 MIPS 的基本使用方法了。