CODv2 3.11 配列とポインタの対比

配列および配列インデックス?を使用したアセンブリ・コードと、ポインタを使用したアセンブリ・コードを比較する

アセンブリ・コードを比較することで、両者の違いが明確になる

メモリ中の「一連の語」をクリアする2つの手続きを C コードおよび MIPS アセンブリ・コードの両方で示す

配列を 0 クリアする手続きの C コード

概要

与えられるパラメータは2つ

配列を使用する clear 手続きの C コード

code:exp3.11.1.c

clear1(int array[], int size)

{

int i;

for(i = 0; i < size; i = i + 1)

}

ポインタを使用する clear 手続きの C コード

code:exp3.11.2.c

clear2(int *array, int size)

{

int *p;

*p = 0;

}

概要

引数 array は int へのポインタ型の変数

ローカル変数 p は int へのポインタ型の変数

関節参照演算子( * 演算子)をつけて変数 p ( int へのポインタ型)の指す要素にアクセスする

*p = 0

変数 p の指す要素を 0 クリアする

配列を 0 クリアする手続きのアセンブリ・コード

前提

ループの本体に焦点をあてる

手続きの「つなぎ」に関するコードは無視することとする

レジスタの退避と復元

パラメータのコピーと引渡

など

配列を使用する clear 手続きのアセンブリ・コード

概要

2つのパラメータ array, size はそれぞれ引数レジスタ $a0, $a1 に割り付けられている

変数 i は一時レジスタ $t0 に割り付けられているものとする

for ループの変数 i の初期化

code:exp3.11.1.asm

move $t0, $zero # i = 0

i を4倍してバイト・アドレスを算出する(4バイト幅)

code:exp3.11.1.asm

loop1: add $t1, $t0, $t0 # $t1 = i * 2

add $t1, $t1, $t1 # $t1 = i * 4

code:exp3.11.1.asm

for ループの本体

code:exp3.11.1.asm

for ループの最後(ループの継続処理)

i を繰り上げる

code:exp3.11.1.asm

addi $t0, $t0, 1 # i = i + 1

for ループの終了判定

i と size を比較して、i < size でなければループから抜ける

$t0 < $a1

i < size であればループの先頭に戻る

code:exp3.11.1.asm

slt $t3, $t0, $a1 # ( i < size )なら $t3 = 1

bne $t3, $zero, loop1 # ( i < size )なら( $t3 != 0 なら) loop1 へ分岐

まとめると

code:exp3.11.1.all.asm

move $t0, $zero # i = 0

loop1: add $t1, $t0, $t0 # $t1 = i * 2

add $t1, $t1, $t1 # $t1 = i * 4

addi $t0, $t0, 1 # i = i + 1

slt $t3, $t0, $a1 # ( i < size )なら $t3 = 1

bne $t3, $zero, loop1 # ( i < size )なら( $t3 != 0 なら) loop1 へ分岐

条件判定がループの最後にある

この sort 手続きでは条件判定をループの最初で行っている

条件を満たさないときに、ループから抜ける条件判定をしているから

条件を満たさないときに exit1 へ分岐

どうしてループの最後で条件判定しているのか?

条件を満たしているときに、ループを継続する条件判定をしているから

条件を満たしているときに loop1 へ分岐

本文最後に但し書きがある

(このコードは size が 0 より大きい場合に正しく機能する)

ポインタを使用する clear 手続きのアセンブリ・コード

概要

2つのパラメータ array, size はそれぞれ引数レジスタ $a0, $a1 に割り付けられている

変数 p は一時レジスタ $t0 に割り付けられている

for ループの変数 p の初期化

code:exp3.11.2.asm

for ループの本体

p の指すメモリに 0 をストアする(要素を 0 クリアする)

code:exp3.11.2.asm

for ループの継続処理

p を繰り上げる

p は int 型へのポインタ変数なので、これを1語分繰り上げるということは4バイト分、繰り上げるということ

code:exp3.11.2.asm

addi $t0, $t0, 4 # p = p + 4

for ループの終了判定

まず、配列 array の最後の要素の、先頭のアドレスを算出する

code:exp3.11.2.asm

add $t1, $a1, $a0 # $t1 = size * 2

add $t1, $t1, $t1 # $t1 = size * 4

array のベースアドレスに、array の最後の要素の、先頭のアドレスを加える

code:exp3.11.2.asm

code:exp3.11.2.asm

まとめると

code:exp3.11.2.all.asm

addi $t0, $t0, 4 # p = p + 4

add $t1, $a1, $a0 # $t1 = size * 2

add $t1, $t1, $t1 # $t1 = size * 4

本文最後に但し書きがある

(このコードは size が 0 より大きい場合に正しく機能する)

そのためこの計算をループの外に出すと、実行速度が速くなる

code:exp3.11.2.all2.asm

add $t1, $a1, $a1 # $t1 = size * 2

add $t1, $t1, $t1 # $t1 = size * 4

addi $t0, $t0, 4 # p = p + 4

2つのバージョンの clear 手続きの比較

配列を使用する clear 手続きのアセンブリ・コード

配列インデックス版

code:exp3.11.1.all2.asm

move $t0, $zero # i = 0

loop1: add $t1, $t0, $t0 # $t1 = i * 2

add $t1, $t1, $t1 # $t1 = i * 4

addi $t0, $t0, 1 # i = i + 1

slt $t3, $t0, $a1 # ( i < size )なら $t3 = 1

bne $t3, $zero, loop1 # ( i < size )なら( $t3 != 0 なら) loop1 へ分岐

ポインタを使用する clear 手続きのアセンブリ・コード

ポインタ版

概要

配列インデックス版の手続きでは、ループ中でのアドレス計算のために乗算と加算を行わなければならない。ループ中で変数 i が繰り上げられ、それに基づいて毎回アドレスを計算し直す必要がある

ポインタ版の手続きでは、ポインタ p を直接繰り上げている(4バイト分)。その結果、1回のループ中で実行される命令数は、配列インデックス版では7ステップだが、ポインタ版では4ステップに削減されている

つまり配列インデックス版より、ポインタ版の方が実行速度が速い

補足

通常 C のコンパイラは変数 size がゼロよりも大きいことを確認するために、チェックを行う

その一つの方法は、 for ループ内の最初の命令の直前に slt 命令へのジャンプを追加すること

code:exp3.11.2.all2.asm

add $t1, $a1, $a1 # $t1 = size * 2

add $t1, $t1, $t1 # $t1 = size * 4

j check2 #

addi $t0, $t0, 4 # p = p + 4