前置复习：常量构造、函数调用与栈

1. 为什么低 12 位会影响高 20 位

lui 填充高 20 位，addi 加的是 signed 12 位数。若低 12 位 bit 11=1，addi 使用负值，必须先给高位加一补偿。

将 32 位常量 C 按位串分成两部分：

\[ L=C\bmod 2^{12},\qquad \ell= \begin{cases} L,&L<2^{11},\\ L-2^{12},&L\ge 2^{11}, \end{cases} \qquad H=\frac{C-\ell}{2^{12}}. \]

将 H 的低 20 位放入 lui，\(\ell\) 放入 addi，RV32 下得到 C。例：

# 低 12 位 0x678 < 0x800，直接相加
lui  x5, 0x12345
addi x5, x5, 0x678        # 0x12345678

# 低 12 位 0xABC 按 signed 12 位解释为 -1348 = -0x544
lui  x5, 0x87655          # 高位 0x87654 加一
addi x5, x5, -1348        # 低 32 位为 0x87654ABC

addi ...,0xABC 把立即数写成正数 2748，会超出 signed 12 位范围，不能靠汇编器自动理解成 −1348。

RV64 的边界：lui 会把形成的 32 位结果符号扩展至 64 位。要通用地构造“任意 32 位常量再符号扩展”，可用 lui + addiw，保证加法后先截成 32 位再扩展。例如 0x7FFFFFFF 应用 lui rd,0x80000; addiw rd,rd,-1；若在 RV64 只用 addi，会错误地得到 0xFFFFFFFF7FFFFFFF。下节手稿给定常量不跨这一边界，其 addi 序列仍然正确。RV64 的 LUI / ADDIW 规则。

2. 手稿例题：构造 0x1234567887654ABC

目标是将任意位串 0x12345678_87654ABC 放入 x5。先构造高低两个 32 位部分，再合并：

lui  x5, 0x12345
addi x5, x5, 0x678        # x5 = 0x0000000012345678
slli x5, x5, 32           # x5 = 0x1234567800000000

lui  x6, 0x87655
addi x6, x6, -1348        # x6 = 0xFFFFFFFF87654ABC
slli x6, x6, 32
srli x6, x6, 32           # x6 = 0x0000000087654ABC

add  x5, x5, x6           # x5 = 0x1234567887654ABC

slli + srli 保留低 32 位并清除高 32 位，即零扩展（zero extension）；这里必须使用逻辑右移 srli，不能用 srai。若未清除 x6 的符号扩展位，就会干扰目标的高 32 位。

最后两部分的有效位互不重叠，所以用 or x5,x5,x6 也能合并；加法在这里不会产生跨半部进位。工程中可直接用 li x5,0x1234567887654ABC，考试要求展开时再给出基础指令。

3. 寄存器保存约定

ISA 规定 jal/jalr 怎样改变寄存器和 PC；调用约定（calling convention）规定软件如何传参、返回和保存状态。

ABI 名称	编号	用途	跨调用是否保留
zero	x0	常量零	恒为 0
ra	x1	return address，返回地址	否；仍需使用旧返回地址时自行保存
sp	x2	stack pointer，栈指针	是，返回时恢复
gp / tp	x3 / x4	全局指针 / 线程指针	普通过程不要任意改作临时量
t0–t2	x5–x7	temporary，临时值	否，caller-saved
s0–s1	x8–x9	saved registers；s0 也可作 fp	是，callee-saved
a0–a7	x10–x17	arguments；a0/a1 也用于常见返回值	否，caller-saved
s2–s11	x18–x27	saved registers	是，callee-saved
t3–t6	x28–x31	temporary，临时值	否，caller-saved

调用者保存（caller-saved）意味着被调用函数可改写：调用结束后仍需使用的值才要由 caller 保护。被调用者保存（callee-saved）意味着 callee 若使用并修改该寄存器，就必须恢复原值。无需每次机械地保存全部寄存器。

手稿中临时寄存器范围应完整记为 t0–t6；不是全部 a 寄存器都用作普通返回值。标准整数规则见 RISC-V psABI。

4. 栈、序言与尾声

栈（stack）向低地址增长，分配空间用 addi sp,sp,-N，释放用 addi sp,sp,N。标准 RV32I/RV64I 整数 ABI 要求 sp 在过程执行期间维持 16 字节对齐，N 通常取 16 的倍数。以下采用 RV64：

# Prologue：分配 32 字节，保存将被改写的状态
addi sp, sp, -32
sd   ra, 24(sp)
sd   s0, 16(sp)

# Body：函数体，可修改 s0、调用其他函数
# ...

# Epilogue：恢复状态、释放栈帧、返回
ld   s0, 16(sp)
ld   ra, 24(sp)
addi sp, sp, 32
ret

保存与恢复地址必须配对；不同函数可采用不同帧布局。修改 sp 只分配地址范围，不会自动保存寄存器。RV64 的完整寄存器用 sd/ld 保存；sw/lw 只能保存/恢复 32 位。

向低地址增长的栈与嵌套函数的栈帧

复用课程笔记的自绘栈帧图，实际偏移以函数的分配为准。

叶子函数（leaf function）不再调用其他函数，不一定需要保存 ra；非叶子函数（non-leaf function）若要在调用后返回，需在下一次 jal 覆盖 ra 前保留旧值。尾调用（tail call）等特殊形式另行分析，不必机械套用“所有函数都保存 ra”。

5. 手稿例题：嵌套调用 g(g(a,b),c+d)

设 C 函数为：

int g(int x, int y);
int f(int a, int b, int c, int d) {
    return g(g(a, b), c + d);
}

采用 RV64 LP64、C 的 int 为 32 位，假定 c+d 不发生 C 的有符号溢出。参数 a/b/c/d 在 a0/a1/a2/a3，返回值在 a0：

f:
    addi sp, sp, -16
    sd   ra, 8(sp)          # 返回 f 的调用者所需的位置
    addw t0, a2, a3         # 32 位 c+d，结果符号扩展到 64 位
    sd   t0, 0(sp)          # t0 是 caller-saved，不能直接跨 g 保留

    jal  ra, g             # a0 = g(a,b)
    ld   a1, 0(sp)          # 第二次调用参数：(a0, c+d)
    jal  ra, g             # a0 = g(g(a,b), c+d)

    ld   ra, 8(sp)
    addi sp, sp, 16
    ret

第一个 g 可以破坏 t0 和 a2/a3，所以先把 c+d 存入栈；两次 jal 都会改写 ra，所以在整个函数外层保存一次旧 ra。第二次 g 的返回值已在 a0，无需额外搬移。

若处理的是 64 位 long，c+d 可改用 add；RV64 并不意味着 C 的 int 加法应一律写成 64 位 add。更详细的叶子函数、callee-saved 与帧指针讨论见过程调用章节。