Entscheidungen & Schleifen

Standardmäßig führt die CPU deine Anweisungen in der Reihenfolge aus, in der sie erscheinen, von oben nach unten. Für sich genommen kann diese Reihenfolge niemals eine Wahl treffen oder Arbeit wiederholen. Ein Branch ist die Art und Weise, wie ein Programm diesen geraden Pfad verlässt: Er prüft eine Bedingung und, wenn die Bedingung zutrifft, weist die CPU an, an einer anderen Stelle fortzufahren statt in der nächsten Zeile. Jede Entscheidung und jede Schleife entsteht aus diesem einen Mechanismus.

Es gibt kein if und kein for. Du konstruierst sie aus Labels (benannten Positionen) und Branches (Sprung zu einer Position, wenn eine Bedingung zutrifft). Ein Label ist ein Name, gefolgt von :.

Um zu verstehen, wie ein Branch ausgeführt wird, musst du den Program Counter (PC) kennen. Der PC ist ein spezielles Register, das vor deinem Code verborgen ist und die Speicheradresse der gerade ausgeführten Anweisung enthält. Eine Branch-Anweisung schreibt einen neuen Wert in den PC, sodass die CPU ihre nächste Anweisung vom Ziel-Label statt aus der folgenden Codezeile holt.

Die Verzweigungsfamilie

Jeder Branch vergleicht zwei Register und springt nur dann zum Label, wenn der Test zutrifft. Wenn der Test fehlschlägt, wird die Ausführung in der nächsten Zeile fortgesetzt. Sechs Tests bilden den Kern:

beq  a, b, label # verzweige, wenn a == b
bne  a, b, label # verzweige, wenn a != b
blt  a, b, label # verzweige, wenn a < b (vorzeichenbehaftet)
bge  a, b, label # verzweige, wenn a >= b (vorzeichenbehaftet)
bltu a, b, label # verzweige, wenn a < b (vorzeichenlos)
bgeu a, b, label # verzweige, wenn a >= b (vorzeichenlos)

beq und bne prüfen Gleichheit und ignorieren das Vorzeichen. blt und bge bilden das Ordnungspaar, kleiner als und größer oder gleich, und vergleichen die Register als vorzeichenbehaftete Zahlen. bltu und bgeu führen dieselben Vergleiche durch, behandeln die Werte aber als vorzeichenlos, was für Adressen oder Zähler passt, die nie negativ sind.

Was bedeuten vorzeichenbehaftet und vorzeichenlos? Ein Register enthält 32 Bits, und dieselben Bits können auf zwei Arten gelesen werden. Als vorzeichenlos gelesen bilden sie eine einfache ganze Zahl von 0 bis etwa 4 Milliarden. Als vorzeichenbehaftet gelesen zählt das oberste Bit als Minuszeichen, sodass die Hälfte der Bitmuster negative Zahlen darstellt. Die Bits selbst ändern sich nicht. Nur die Art, wie du sie liest, ändert sich. Deshalb gibt es zwei Vergleichssätze: Verwende die vorzeichenbehafteten (blt, bge) für gewöhnliche Zahlen, die negativ sein können, und die vorzeichenlosen (bltu, bgeu) für Werte, die nie negativ sind, wie Speicheradressen.

Es gibt kein direktes "Branch wenn größer" oder "Branch wenn kleiner oder gleich". Du erhältst sie, indem du die beiden Register vertauschst, und der Assembler stellt bgt und ble als Pseudo-Branches bereit, die die Vertauschung für dich durchführen, sodass bgt a, b zu blt b, a wird. Zwei weitere Abkürzungen: beqz und bnez testen ein Register gegen null, und j label springt ganz ohne Bedingung.

li t0, 0 # Summe = 0
li t1, 1 # i = 1
li t2, 6 # Grenze = 6 (Schleife solange i < 6)
loop:
  bge t1, t2, done # verlässt die Schleife, wenn i >= 6
  add t0, t0, t1 # Summe += i
  addi t1, t1, 1 # i++
  j loop # erneut prüfen
done:
  mv a0, t0 # gibt die Summe aus (sollte 15 sein)
  li a7, 1
  ecall
  li a7, 10
  ecall

Verfolge es. t0 enthält die laufende Summe (beginnt bei 0), t1 enthält den Zähler i (beginnt bei 1), und t2 enthält das Limit 6. Bei jedem Durchlauf von loop: bge t1, t2, done verlässt die Schleife, sobald i 6 erreicht. Andernfalls addiert add t0, t0, t1 i zur Summe, addi t1, t1, 1 erhöht i um eins, und j loop springt zurück, um erneut zu testen. Die Schleife addiert 1, 2, 3, 4 und 5, und done gibt die Summe 15 aus.