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教师参考答案

栈与函数

收集四类证据：相关状态的预测；多种案例（包括边界）的行为；依据轨迹和状态的解释；对一次不一致作出有理由的修正。使用纸面或学校现有批准流程，将各项记录为初步、需支持或独立完成。挑战通过证明的是机器行为，不证明作者身份或完全掌握。接受等效正确程序；公开答案是示范，并非唯一答案。

公开教学材料。答案是示例；等效的正确程序也可能通过实际检查。

19. 栈操作：后进先出

将数值保存到数据栈，再倒序取回。

打开本课 →

1. 预测与跟踪

运行试做程序前，预测输出，并跟踪最先执行的三条指令。按需要记录相关寄存器、标志或内存，再逐步执行进行比较。

LOAD 11
PUSH
LOAD 22
PUSH
POP
PRINT
POP
PRINT
HALT

加入输入队列: 无

初始化内存: 所有字节初始为零

试做预测答案

输出: 22, 11

指令执行前 PC执行后 PC执行前 R0执行后 R0相关状态输出
LOAD01011{"registers":[11,0,0,0,0,0,0,0],"flags":{"zero":false,"negative":false,"overflow":false},"sp":255,"stack":[],"callStack":[],"loopStack":[],"memoryReads":[],"memoryWrites":[]}无
PUSH121111{"registers":[11,0,0,0,0,0,0,0],"flags":{"zero":false,"negative":false,"overflow":false},"sp":254,"stack":[11],"callStack":[],"loopStack":[],"memoryReads":[],"memoryWrites":[]}无
LOAD231122{"registers":[22,0,0,0,0,0,0,0],"flags":{"zero":false,"negative":false,"overflow":false},"sp":254,"stack":[11],"callStack":[],"loopStack":[],"memoryReads":[],"memoryWrites":[]}无

2. 构建与检查

读取两个整数，将它们都压入数据栈，再倒序输出。使用 PUSH 和 POP，不要写死数值。

必需的指令类型: INPUT, PUSH, POP

挑战示例答案

INPUT
PUSH
INPUT
PUSH
POP
PRINT
POP
PRINT
HALT

实际检查器测试数据

案例 1
输入
3, 8
初始内存
所有字节初始为零
预期输出
8, 3
案例 2
输入
-4, 0
初始内存
所有字节初始为零
预期输出
0, -4
案例 3
输入
9, 9
初始内存
所有字节初始为零
预期输出
9, 9

3. 解释机器

为什么第二个输入先输出？

推理与教学说明

PUSH/POP 后进先出；输入 3、8，输出 8、3；调用帧不是数据值。

20. 调用子程序

复用代码，并返回 CALL 后面的指令。

打开本课 →

1. 预测与跟踪

运行试做程序前，预测输出，并跟踪最先执行的三条指令。按需要记录相关寄存器、标志或内存，再逐步执行进行比较。

LOAD 3
CALL square
PRINT
LOAD 4
CALL square
PRINT
HALT
square: MUL R0
RETURN

加入输入队列: 无

初始化内存: 所有字节初始为零

试做预测答案

输出: 9, 16

指令执行前 PC执行后 PC执行前 R0执行后 R0相关状态输出
LOAD0103{"registers":[3,0,0,0,0,0,0,0],"flags":{"zero":false,"negative":false,"overflow":false},"sp":255,"stack":[],"callStack":[],"loopStack":[],"memoryReads":[],"memoryWrites":[]}无
CALL1733{"registers":[3,0,0,0,0,0,0,0],"flags":{"zero":false,"negative":false,"overflow":false},"sp":254,"stack":[],"callStack":[2],"loopStack":[],"memoryReads":[],"memoryWrites":[]}无
MUL7839{"registers":[9,0,0,0,0,0,0,0],"flags":{"zero":false,"negative":false,"overflow":false},"sp":254,"stack":[],"callStack":[2],"loopStack":[],"memoryReads":[],"memoryWrites":[]}无

2. 构建与检查

读取两个整数。对每个数调用同一个平方子程序，按输入顺序输出两个平方。

必需的指令类型: INPUT, CALL, MUL, RETURN

挑战示例答案

INPUT
CALL square
PRINT
INPUT
CALL square
PRINT
HALT
square: MUL R0
RETURN

实际检查器测试数据

案例 1
输入
3, 4
初始内存
所有字节初始为零
预期输出
9, 16
案例 2
输入
-2, 5
初始内存
所有字节初始为零
预期输出
4, 25
案例 3
输入
0, 8
初始内存
所有字节初始为零
预期输出
0, 64

3. 解释机器

为何调用同一代码两次会返回不同位置？

推理与教学说明

每次 CALL 在独立调用帧保存各自的 PC+1；函数体相同，但调用者继续位置不同。

21. 保留调用者的状态

函数需要临时工作区时，采用保存与恢复约定。

打开本课 →

1. 预测与跟踪

运行试做程序前，预测输出，并跟踪最先执行的三条指令。按需要记录相关寄存器、标志或内存，再逐步执行进行比较。

LOAD 1 R1
LOOP 3
LOAD R1
CALL double
PRINT
LOAD R1
ADD 1
COPY R0 R1
RETURN
HALT
double: MUL 2
RETURN

加入输入队列: 无

初始化内存: 所有字节初始为零

试做预测答案

输出: 2, 4, 6

指令执行前 PC执行后 PC执行前 R0执行后 R0相关状态输出
LOAD0100{"registers":[0,1,0,0,0,0,0,0],"flags":{"zero":false,"negative":false,"overflow":false},"sp":255,"stack":[],"callStack":[],"loopStack":[],"memoryReads":[],"memoryWrites":[]}无
LOOP1200{"registers":[0,1,0,0,0,0,0,0],"flags":{"zero":false,"negative":false,"overflow":false},"sp":255,"stack":[],"callStack":[],"loopStack":[{"start":1,"end":8,"remaining":3,"callDepth":0}],"memoryReads":[],"memoryWrites":[]}无
LOAD2301{"registers":[1,1,0,0,0,0,0,0],"flags":{"zero":false,"negative":false,"overflow":false},"sp":255,"stack":[],"callStack":[],"loopStack":[{"start":1,"end":8,"remaining":3,"callDepth":0}],"memoryReads":[],"memoryWrites":[]}无

2. 构建与检查

先把保存值读入 R1，再读取函数参数。调用一个暂用 R1 作工作区的辅助函数，返回参数 + 1。先输出结果，再输出保留的第一个值。使用 PUSH 和 POP 保留 R1。

必需的指令类型: INPUT, PUSH, POP, CALL, RETURN

挑战示例答案

INPUT
COPY R0 R1
INPUT
CALL helper
PRINT
LOAD R1
PRINT
HALT
helper: COPY R0 R2
LOAD R1
PUSH
LOAD 99 R1
LOAD R2
ADD 1
COPY R0 R2
POP
COPY R0 R1
LOAD R2
RETURN

实际检查器测试数据

案例 1
输入
12, 3
初始内存
所有字节初始为零
预期输出
4, 12
预期最终寄存器
R1: 12
案例 2
输入
-8, 0
初始内存
所有字节初始为零
预期输出
1, -8
预期最终寄存器
R1: -8
案例 3
输入
7, -5
初始内存
所有字节初始为零
预期输出
-4, 7
预期最终寄存器
R1: 7

3. 解释机器

哪些保存状态属于调用者，而非函数结果？

推理与教学说明

保留约定指定 R1；保存并恢复它，通过 R0 返回结果，且保持独立调用帧完整。