C++ 的哪些功能使用了 JR 指令？

Question

MIPS 跳转寄存器 (JR) 指令经常出现在 C++ 代码的二进制中。那么，C++ 中的哪些功能使用了 JR 指令以及为什么使用这些指令？

Answer 1

分支指令只能用于目标地址在“编译时”已知并且位于当前指令“小范围内”的情况。您不能（轻松）使用它来分支到未知的地址静态并且必须在运行时计算/加载，或者跳转到太远的目标 因此，这里有一些必须使用 JR 或

JALR

的示例（两者完全相同，只是

JALR

存储当前地址以便稍后返回）：

跳转到任意地址

：静态分支指令不能用于跳转到32位或64位地址，因为立即数只有16或26位长。您需要将完整地址加载到寄存器中并使用
• JR

  /JALR

   跳转
  

函数指针

• ：要调用的函数只有在运行时才知道，所以显然你需要某种方法来动态调用它

  int Add(int a, int b);
  int Sub(int a, int b);
  int Mul(int a, int b);
  int Div(int a, int b);
  int (*p[4]) (int x, int y) = { Add, Sub, Mul, Div };
  
  int test_function_pointer(int i, int x, int y) {
      return p[i](x, y);
  }

  共享库

  （*.dll、*.so...）中的函数在加载之前对于进程来说也是未知的，因此如果您手动加载这些库（使用LoadLibrary()，

  dlopen()

  ...）您还可以获取函数指针的地址并使用 JR

  /

  JALR 调用它们。通常，将使用

  JALR

  调用函数，但如果它位于函数末尾并且启用了

  尾部调用优化

  ，则将使用

  JR

  来代替 Vtable

  在许多 OOP 语言（如 C++）中也是函数指针的一个示例：

  struct A {
      virtual int getValue() = 0;
  };
  
  int test_vtable(A *a) {
      return a->getValue() + 1;
  }

  Godbolt 编译器资源管理器上的 Vtable 演示

跳转表

• （就像在一个大开关块中）

  typedef int (*func)(int);
  
  int doSomething(func f, int x, int y)
  {
      switch(x)
      {
          case 0:
              return f(x + y);
          case 1:
              return f(x + 2*y);
          case 2:
              return f(2*x + y);
          case 3:
              return f(x - y);
          case 4:
              return f(3*x + y);
          case 5:
              return f(x * y);
          case 6:
              return f(x);
          case 7:
              return f(y);
          default:
              return 3;
      }
  }

  GCC 将上面的代码编译为

  doSomething(int (*)(int), int, int):
          sltu    $2,$5,8
          beq     $2,$0,$L2 # x >= 8: default case
          move    $25,$4
  
          lui     $2,%hi($L4)
          addiu   $2,$2,%lo($L4)  # load address of $L4 to $2
          sll     $5,$5,2         # effective address = $L4 + x*4
          addu    $5,$2,$5
          lw      $2,0($5)
          nop
          j       $2
          nop
  
  $L4:
          .word   $L11
          .word   $L5
          .word   $L6
          .word   $L7
          .word   $L8
          .word   $L9
          .word   $L10
          .word   $L11
  $L11:
          jr      $25
          move    $4,$6
  
  $L9:
          sll     $4,$6,2
          jr      $25
          addu    $4,$4,$6
  # ... many more cases below
  

  您可以在

  Compiler Explorer 上看到完整的输出

  $L4 是一个跳转表，其中包含您要分支到的位置的地址，即此代码段中的

  case

  块。它的地址存储在

  $2

  中，需要使用

  jr

  将指令指针移动到该地址。

  j $2

  如上所示，但我认为这是一个反汇编程序错误，因为

  j

  无法接收寄存器操作数。一旦您处于正确的情况，则再次使用

  jr

  来调用

  f

  函数指针 另请参阅
  MIPS 汇编中 J 与 JAL（以及 JR 与 JALR）的必要性