명령어 (14) - 프로시져 / 함수 (1)

1. Procedure(함수) 실행의 6단계 

1. 메인 루틴(Caller)은 함수(Callee)가 엑세스할 수 있는 $a(0~3)레지스터에 파라미터를 저장함
2. Caller가 Callee에게 제어권을 넘김 (jal procedure)
3. Callee가 필요한 메모리 공간을 프로세서로부터 할당받음 (sp를 이용해 스택프레임 생성)
4. Callee가 요구되는 작업을 수행함
5. Callee는 Caller가 엑세스할 수 있는 $v(0~1)레지스터에 리턴값을 저장함
6. Callee는 v레지스터에 저장된 값을 $ra(리턴 어드레스)로 넘기고 제어권이 Caller에게 넘어감 (jr ra)

(Return Address는 다음 명령어의 주소를 말함)

 

2. Procedure Call : jump and link (jal)

jal ProcedureLabel

• jal 명령어는 두가지 작업을 한번에 진행함
• 1) 함수 호출 이후에 실행될 명령어의 주소를 $ra에 넣음
• 2) 해당 타겟 레이블이 있는 곳으로 점프함

 

3. Prodecure Return : jump register (jr)

jr $ra

• jr 명령어는 레지스터 하나를 받는데, 해당 레지스터에 저장된 주소 값으로 점프함
• 즉, jr명령어를 쓰면 ra레지스터의 값을 pc(프로그램 카운터)라는 레지스터에 복사함
• 프로그램 카운터에는 실행중인 명령어의 메모리주소가 담겨있음 (code/text 영역)
• jal명령어를 통해 Caller에서 Callee호출 이후 작업의 주소를 $ra에 넣어 놨기 때문에,
• $ra로 점프하면 함수 호출 이후의 작업들로 이어나갈 수 있는 것임
• jr 명령어는 함수 리턴 이외에도 case/switch 문 등의 조건문에서도 역시 활용될 수 있음

 

4, Leaf Procedure Example

// C Code :
int leaf_example(int g, h, i, j){   // g ~ i <= a0 ~ a3
    int f;                          // f <= s0
    f = (g + h) - (i + j);
    return f;                       // return <= v0
}


// MIPS Code :
main:
    ... 생략...
    jal leaf_example             // leaf_example로 점프하면서 다음 줄에 있는 
    ... 생략 ...                 // 명령어 주소를 ra 레지스터에 넣음
    
leaf_example:
    /* int f 할당 */
    addi $sp $sp -4              // stack을 아래로 4칸 내림 (할당한것임, 스택은 아래로 내려감)
    sw $s1 0($sp)                // 해당된 스택포인터(메모리) 주소에 있던 값을 s0에 저장함
    
    /* f = (g + h) - (i + j) 연산 */
    add $t0 $a0 $a1              // t0 = g + h
    add $t1 $a2 $a3              // t1 = i + j
    sub $s1 $t0 $t1              // f = t0 - t1
    
    /* return f */
    add $v0 $s1 $zero            // mov v0 <= s0
    
    /* int f 반환 */
    lw $s1 0($sp)                // s0의 값을 스택포인터의 주소에 있는 메모리에 저장함 (값이 바뀜)
    addi $sp $sp 4               // stack을 위로 4칸 올림 (반환한 것임, 스택은 아래로 내려감)
    
    /* end of leaf_example() */
    jr $ra                       // 다음 실행 주소로 넘어감

• 한 함수에서 다른 함수를 호출하지 않는 함수를 leaf procedure라고 함
• 여기에서 새로 눈여겨 볼 것은 변수를 할당하고, 반환하는 과정까지 포함되었음
• 이전 포스팅 들에서는 그냥 "변수f가 s0에 맵핑되어있다" 이런식으로 표현했는데
• 사실 addi로 스택포인터를 필요한 바이트만큼 내리고, 그 그 값을 저장하여 할당하고,
• 다시 addi로 해당 바이트 만큼 올리고 그 값을 메모리에 쓰는 과정까지 매우 자세히 나와있음
• 마지막에는 jr명령어를 통해 이전에 jal할 때 넣어둔 ra의 명령어주소로 넘어가면서 끝남

 

5. Reference

컴퓨터구조