常数，变量和运算

一、常数

int f() { return 0x123; /* 291 */ }
int g() { return -1; }
int h() { return 0x1234; /* 4660 */ }
int i() { return 0xbb8; /* 3000 */ }

在C中看这些常数如何被装入计算机中，首先看0x123,十进制表示为291，正好可以被addi的立即数表示，反汇编结果如下：
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而return -1也是如此，1也可以用立即数表示，0xfff表示-1，可以通过一条addi指令表示出来。
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0x1234超过12位立即数表示范围了。所以通过lui和addi一起来操作。lui装入0x1,放在高20为，然后再用addi装载剩余的234,
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0xbb8也是要分成前后两端分别装入。这里要注意，我们的addi立即数并没办法满足0xbb8的大小，而lui的0x1(4096)又大于0xbb8,所以我们只能进行负数操作，先用lui加载一个高20位的1(4096)，而后用addi加载个负数，最后得到0xbb8.
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结论：
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而对于64位的常数在RV64装入来说：

long long j() { return 0x1234567800000000; }
long long k() { return 0x1234567887654321; }

对于long j()来说：
通过li addi
先把先前非0的装载到a0中，a0 = (0x12345678 >> 3)
而后通过后续指令 -> a0 = a0 << 35;
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对于long k()来说：
对于一个复杂的64为常数，编译器直接把它放到内存中，其中LC0就是0x123456...的十进制表示。 ld a0,LC0 就是直接加载LC0寄存器的值。
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在64位常数在RV32中的装入，只需要用两个32位寄存器联合存放一个64位数据。
变量的大小与对齐的具体规定实在RISCV的两套整数ABI中，其中RV32是在ILP32 ABI中定义，64位是在LP64 ABI定义的。
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在变量分配过程中，把常用的放在寄存器中，寄存器在RV32中只有32个，其中内存的访问速度比较慢，但是容量非常大(8~32G)
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所有变量都分配在内存空间，需要访问在读入寄存器。
对于程序的内存分布来说，分为静态数据取，堆区和栈区。
堆和栈是动态区，随着变量的增加而增加。其
其中全局变量分在data区，例如

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int g;
void f(int n) {
  static int sl;
  int l, *h = malloc(4);
  printf("n = %2d, &g = %p, &sl = %p, &l = %p, h = %p\n", n, &g, &sl, &l, h);
  if (n < 5) f(n + 1);
}
int main() { f(1); printf("===\n"); f(1); return 0; }

中的static int s1;就放在data区，int g也是全部变量，也放在data区。
非静态局部变量，也就是int l，就放在stack区。最后一类是动态变量，需要malloc就是动态分配的，也就是在堆区。
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关于RV变量的访问，示例代码如下：

#define def(type, name) \
  volatile type name ## _a; \
  volatile type name ## _b; \
  void f_##name () { name ## _a = name ## _b; }
 
def(_Bool, _Bool)
def(char, char)
def(signed char, signed_char)
def(short, short)
def(unsigned short, unsigned_short)
def(int, int)
def(unsigned int, unsigned_int)
def(long, long)
def(long long, long_long)
def(void *, void_)
def(float, float)
def(double, double)
rv32gcc -O2 -S a.c
rv64gcc -O2 -S a.c

发现不同类型的变量访问指令：
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对于变量分配不对齐，会降低访问效率：
不对齐即addr(n) % align(n) != 0, 如int变量分配在地址0x13

硬件支持不对齐访存: 电路更复杂, 且需要两个周期以上
软件支持不对齐访存: 抛异常, 效率很低

运算和指令
对于C运算符，RV指令有对应关系

+, -, *, /, % 	 add, sub, mul, div, rem
= 	         mv, 访存指令
&, |, ^ 	 and, or, xor
~ 		 xori r, r, -1
<<, >> 		 sll, srl, sra
! 		 sltiu r, r, 1
<, > 		 slt

而对于编译优化来说，之前我们在编译过程中常用的 -O

-O0 - 每次计算前先从内存读出变量, 每次计算后马上写回内存
-O1 - 开始计算前从内存读出变量, 计算过程在寄存器中进行, 计算全部结束后再写回内存
-O2 - 编译器直接把结果算好了😂

对于有符号数和无符号数来说：

#include <stdint.h>
 int32_t add1( int32_t a,  int32_t b) { return a + b; }
uint32_t add2(uint32_t a, uint32_t b) { return a + b; }
 int32_t cmp1( int32_t a,  int32_t b) { return a < b; }
 int32_t cmp2(uint32_t a, uint32_t b) { return a < b; }
 int32_t shr1( int32_t a,  int32_t b) { return a >> b; }
uint32_t shr2(uint32_t a,  int32_t b) { return a >> b; }
 int64_t zext1( int32_t a) { return a; }
uint64_t zext2(uint32_t a) { return a; }

add1和add2的反汇编代码一样，结论: 在RISC-V硬件看来, 有符号加法和无符号加法的行为完全一致，可以使用同一个加法器模块进行计算
在比较的行为来说，有符号数为slt,无符号为sltu。
右移 有符号sra，无符号 srl

二、条件分支.

相较于C代码，对于RV指令对应如下
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对于循环来说，循环的机器级表示 = 一条往回跳的条件跳转指令

int f(int n) {
  int y = 0;
  for (int i = 0; i < n; i ++) {
    y += i;
  }
  return y;
}

跳转 = 继续循环
不跳转 = 退出循环
警惕未定义行为

整数加法溢出为未定义行为
例如：

#include <stdio.h>
#include <limits.h>
int foo(int x) { return (x + 1) > x; }
int main() {
  printf("INT_MAX=%d, cmp: %d%d\n", INT_MAX, (INT_MAX + 1) > INT_MAX, foo(INT_MAX));
  return 0;
}
 
gcc -w a.c && ./a.out
gcc -w -O2 a.c && ./a.out
clang -w a.c && ./a.out
clang -w -O2 a.c && ./a.out

表面上语义等价的代码, 运行结果却不同

原因: 有符号整数加法溢出是UB

不同机器可能采用不同的有符号数表示方法(原码, 反码, 补码…)
C标准难以统一定义有符号整数加法溢出的确切行为
如32位的原码和反码无法表示-2147483648
于是就UB了, 编译器可以任意处理
而对于移位来说：

#include <stdio.h>
int main() {
  int i = 30;
  printf("1 << %d = 0x%08x\n", i, 1 << i); i ++;
  printf("1 << %d = 0x%08x\n", i, 1 << i); i ++;
  printf("1 << %d = 0x%08x\n", i, 1 << i); i ++;
  printf("1 << %d = 0x%08x\n", i, 1 << i); i ++;
  return 0;
}

是否采用-O2编译, 得到不同结果
结果如下：
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