はじめに

C言語プログラム例

下記のC言語プログラム例を見ていきましょう。

int calc(int a[], int n) {
    int sum = 0;
    for(int i = 0; i < n; i++) {
        sum += a[i];
    }
    return sum;
}

RISC-Vのアセンブリコード

次のようにコンパイルします。

riscv64-unknown-elf-gcc -S -O0 -march=rv32i -mabi=ilp32 -o sample.s sample.c

得られた RISC-V のアセンブリコードは次の通りです。

    .file   "sample.c"
    .option nopic
    .text
    .align  2
    .globl  calc
    .type   calc, @function
calc:
    addi    sp,sp,-48
    sw  s0,44(sp)
    addi    s0,sp,48
    sw  a0,-36(s0)
    sw  a1,-40(s0)
    sw  zero,-20(s0)
    sw  zero,-24(s0)
    j   .L2
.L3:
    lw  a5,-24(s0)
    slli    a5,a5,2
    lw  a4,-36(s0)
    add a5,a4,a5
    lw  a5,0(a5)
    lw  a4,-20(s0)
    add a5,a4,a5
    sw  a5,-20(s0)
    lw  a5,-24(s0)
    addi    a5,a5,1
    sw  a5,-24(s0)
.L2:
    lw  a4,-24(s0)
    lw  a5,-40(s0)
    blt a4,a5,.L3
    lw  a5,-20(s0)
    mv  a0,a5
    lw  s0,44(sp)
    addi    sp,sp,48
    jr  ra
    .size   calc, .-calc
    .ident  "GCC: (GNU) 8.2.0"

演習問題

レジスタマップとメモリマップを作成してみましょう。

コード生成: 配列の参照

配列を参照している部分は次の通りです。

    lw  a5,-24(s0)
    slli    a5,a5,2
    lw  a4,-36(s0)
    add a5,a4,a5
    lw  a5,0(a5)

-24(s0) が i に相当し，slli a5,a5,2 によって i を4倍にします。さらに -36(s0) が a すなわち配列 a の先頭アドレスになりますので，add a5,a4,a5によって a + i * 4 すなわち a[i]のアドレスがレジスタa5に入ります。

あとは lw a5, 0(a5) によって参照するというわけです。

コード生成: 配列への書き込み

逆に書き込む場合は，配列の参照のコードの最後を sw (格納したい値を入れたレジスタ), 0(a5) という具合にストア命令に書き換えます。

ポインタを使った場合

下記のコードは，同じ実行結果になるコードですが，配列の代わりにポインタを用いています。

int calc(int *a, int n) {
    int sum = 0;
    for(int i = 0; i < n; i++) {
        sum += *a++;
    }
    return sum;
}

RISC-Vのアセンブリコード例 (ポインタを用いた場合)

    .file   "samplep.c"
    .option nopic
    .text
    .align  2
    .globl  calc
    .type   calc, @function
calc:
    addi    sp,sp,-48
    sw  s0,44(sp)
    addi    s0,sp,48
    sw  a0,-36(s0)
    sw  a1,-40(s0)
    sw  zero,-20(s0)
    sw  zero,-24(s0)
    j   .L2
.L3:
    lw  a5,-36(s0)
    addi    a4,a5,4
    sw  a4,-36(s0)
    lw  a5,0(a5)
    lw  a4,-20(s0)
    add a5,a4,a5
    sw  a5,-20(s0)
    lw  a5,-24(s0)
    addi    a5,a5,1
    sw  a5,-24(s0)
.L2:
    lw  a4,-24(s0)
    lw  a5,-40(s0)
    blt a4,a5,.L3
    lw  a5,-20(s0)
    mv  a0,a5
    lw  s0,44(sp)
    addi    sp,sp,48
    jr  ra
    .size   calc, .-calc
    .ident  "GCC: (GNU) 8.2.0"

違いがわかりますか？配列版では，slli 命令がありますが，ポインタ版ではありません。

演習課題

配列版とポインタ版のロジックをよく見比べてみましょう。違いを説明してください。

コンパイラのコード生成: 配列(カウンター方式)