实验报告

一、实验目的与要求

使用LC3汇编语言实现点格棋，根据英文指导文档实现各各模块之后再组合。

什么是点格棋？

Dots and Boxes is a two-player game played on a variable-size grid of dots. For this assignment, the playing board is a 4x4 grid of dots, and the two players are denoted by two symbols: 1 and 2

简单来说，就是使用连接点与点之间来实现圈地的游戏，谁最后将某个方块圈起来，那个方块就归谁，一个方块记一分，直到4x4下16个方块全都有所属时游戏结束。

二、实验步骤与过程

主要函数罗列：

大体在main函数里实现以下几个函数：

1、print_map()：打印每次下棋后的地图

2、display_prompt()：更新玩家控制权，控制棋子坐标输入和退出游戏

3、is_input_valid()：检测坐标输入是否合法

4、is_occupied()：检测输入的坐标是否已经被之前输入的占用

5、apply_move()：实现棋子在地图上的更新

6、fill_box()：重中之重，检测每次输入是否导致了玩家得分，并且将被圈起来的方块的占位符更新为队友玩家的编号

7、is_gameover()：检测游戏是否达成结束条件

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实现步骤一：C语言代码逻辑框架实现

LC3汇编语言属于机器语言，有多个函数的大工程不便于直接实现。在流程图的基础上，先用C语言写出了点格棋游戏。

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实现步骤二：分模块化实现LC3程序

在C语言的框架下，我们一步一步翻译成LC3。

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实现步骤三：编译和调试LC3代码

通过asm->编译代码，一开始出现了不少error，诸如未定义的label，语法错误等，有些错误是等到运行时才知道的，需要通过一步步debug来发现问题。

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调试并排除完错误后，运行程序，得到正确结果：

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三、实验结论或体会

通过此次实验，我学到了：

1、通过LC3仿真器运行和调试LC3代码，通过ide编写可执行的LC3代码。

2、磨炼了自己的心性，耐心地编写LC3汇编代码，并调试出错误。

3、通过阅读英语lab指导，提高了阅读计算机类英语文档的水平。

4、通过C->LC3的代码编写过程，熟悉了C语言在LC3框架上的底层实现。

5、对LC3的各种伪操作和命令有了更深入的理解。

附件：

点格棋c语言实现

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#include<iostream>

/*data defination*/
int member = 1, current_mem = 1, sum = 0;
int r0, r1, r2, r3, r4;
int score[3] = {0};
char row_number, column_letter = 0;
char map[49];

/*function of every step*/
void initialize_map(){
    for(int i = 0; i < 7; i++){
        for(int j = 0; j < 7; j++){
            map[7 * i + j] = ' ';
        }
    }

    for(int i = 0; i < 7; i += 2){
        for(int j = 0; j < 7; j += 2){
            map[7 * i + j] = '*';
        }
    }
}
void print_map(){
    printf("%d : %d\n", score[1], score[2]);
    printf(" ABCDEFG\n");
    for(int i = 0; i < 7; i++){
        printf("%d", i);
        for(int j = 0; j < 7; j++){
            printf("%c", map[7 * i + j]);
        }
        printf("\n");
    }
}

void display_prompt(){
    current_mem = member;
    if(member == 1){
        printf("Player 1, input a move  (or 'Q' to quit):");
        member = 2;
    }
    else{
        printf("Player 2, input a move  (or 'Q' to quit):");
        member = 1;
    }
    row_number = getchar();
    if(row_number == 'Q'){
        exit(0);
    }
    else{
        column_letter = getchar();
    }
    char c = getchar();
}

void is_input_valid(){
    /*r0 contains row number 0-6, r1 contains column letter A-G*/
    r0 = row_number - '0';
    r1 = column_letter - 'A';
    if(((r0 % 2) && !(r1 % 2)) || (!(r0 % 2) && (r1 % 2))){
        r3 = 0;
    }
    else{
        r3 = -1;
    }
}

void translate_move(){
    /*it was implemented in "is_input_valid" */
}

void is_occupied(){
    if(map[7 * r0 + r1] == ' '){
        r3 = 0;
    }
    else{
        r3 = -1;
    }
}

void get_address(){

}

void apply_move(){
    if(r0 % 2){
        map[7 * r0 + r1] = '|';
    }
    else{
        map[7 * r0 + r1] = '-';
    }
}

void fill_box(){
    if(map[7 * r0 + r1] == '|'){
        if(r1 != 0){
            if(map[7 * r0 + r1 - 2] == '|' && map[7 * (r0 - 1) + r1 - 1] == '-' && map[7 * (r0 + 1) + r1 - 1] == '-'){
                map[7 * r0 + r1 - 1] = current_mem + '0';
                r3 += 1;
            }
        }
        if(r1 != 6){
            if(map[7 * r0 + r1 + 2] == '|' && map[7 * (r0 - 1) + r1 + 1] == '-' && map[7 * (r0 + 1) + r1 + 1] == '-'){
                map[7 * r0 + r1 + 1] = current_mem + '0';
                r3 += 1;
            }
        }
    }
    if(map[7 * r0 + r1] == '-'){
        if(r0 != 0){
            if(map[7 * (r0 - 2) + r1] == '-' && map[7 * (r0 - 1) + r1 - 1] == '|' && map[7 * (r0 - 1) + r1 + 1] == '|'){
                map[7 * (r0 - 1) + r1] = current_mem + '0';
                r3 += 1;
            }
        }
        if(r0 != 6){
            if(map[7 * (r0 + 2) + r1] == '-' && map[7 * (r0 + 1) + r1 - 1] == '|' && map[7 * (r0 + 1) + r1 + 1] == '|'){
                map[7 * (r0 + 1) + r1] = current_mem + '0';
                r3 += 1;
            }
        }
    }
    score[current_mem] += r3;
    sum += r3;
}

void is_gameover(){
    if(sum == 16){
        if(score[1] > score[2]){
            printf("Game over. Player 1 is the winner!");
        }
        else{
            printf("Game over. Player 2 is the winner!");
        }
        exit(0);
    } 
}

int main(){ 
    initialize_map();
    while(true){
        print_map();
        display_prompt();
        is_input_valid();
        if(r3 == -1){
            printf("invalid input");
            continue;
        }
        is_occupied();
        if(r3 == -1){
            printf("invalid input");
            continue;
        }
        apply_move();
        fill_box();
        is_gameover()
    }

    return 0;
}

LC3源代码

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.ORIG x3000

AND R5 R5 #0  ;R5存储游戏控制权，0是player1，1是player2
LOOP0	JSR print_map
	JSR display_prompt

	JSR is_input_valid
	AND R0 R0 #0
	ADD R0 R3 #1
	BRz invalid_R3

	JSR is_occupied
	AND R0 R0 #0
	ADD R0 R3 #1
	BRz invalid_R3
	
	JSR apply_move
	JSR fill_box
	JSR is_gameover
	BRnzp DONE0
invalid_R3 LEA R0 invalid_input
	PUTS
DONE0	BRnzp LOOP0
	
HALT
invalid_input .STRINGZ "\ninvalid_input\n"

is_gameover AND R6 R6 #0
	ADD R6 R6 R7
	LD R0 sum
	ADD R0 R0 #-16
	BRz over
	AND R7 R7 #0
	ADD R7 R7 R6
	ret	
over	LD R3 score2
	LD R0 score1
	NOT R3 R3
	ADD R3 R3 #1
	ADD R0 R0 R3
	BRp _1dayu2
	LEA R0 p1_win
	BRnzp _2dayu1
_1dayu2	LEA R0 p1_win
_2dayu1	PUTS
	HALT
p1_win .STRINGZ "\nGame over. Player 1 is the winner!\n"
p2_win .STRINGZ "\nGame over. Player 2 is the winner!\n"

display_prompt AND R6 R6 #0
	ADD R6 R6 R7
	AND R5 R5 R5
	BRz player1
	BRp player2 
	ret
player1 LEA R0 p1
	PUTS
	ADD R5 R5 #1
	BRnzp Getchar
player2 LEA R0 p2
	PUTS
	ADD R5 R5 #-1
Getchar GETC		;R1 R2 分别存储数字和字母
	LD R1 char
	ADD R1 R1 R0
	BRz quit
	AND R1 R1 #0
	ADD R1 R1 R0
	GETC
	AND R2 R2 #0
	ADD R2 R2 R0
 	AND R7 R7 #0
	ADD R7 R7 R6
	ret
quit	HALT

char .FILL #-81
p1 .STRINGZ "Player 1, input a move  (or 'Q' to quit):\n"
p2 .STRINGZ "Player 2, input a move  (or 'Q' to quit):\n"



apply_move AND R6 R6 #0
	ADD R6 R6 R1
	ADD R6 R6 R6	
	ADD R6 R6 R6
	ADD R6 R6 R6
	ADD R6 R6 R1
	ADD R6 R6 R2

	AND R0 R1 #1
	BRp jishu
	LD R0 henggang		
	BRnzp oushu
jishu	LD R0 shugang
oushu	ADD R6 R6 R4
	ST R6 address
	STI R0 address
	ret
shugang .FILL #124	
henggang .FILL #45
_shugang .FILL #-124
_henggang .FILL #-45
sum .FILL #0
score1 .FILL #0
score2 .FILL #0

fill_box AND R3 R3 #0
	ST R7 ret_address
	ST R1 R_1 ;保存R1R2
	ST R2 R_2
	AND R0 R0 #0
	ADD R0 R0 R1
	ADD R0 R0 R0
	ADD R0 R0 R0   ;同理R4[9 * R1 + R2]
	ADD R0 R0 R0
	ADD R0 R0 R1
	ADD R0 R0 R2 ;R1R2到此步骤已经没有作用了，偏移已经存在R0
	ADD R0 R0 R4	

	ST R0 address
	LDI R6 address  ;R6存变量上述的R4[]
	LD R1 _shugang
	ADD R1 R1 R6 
	BRz situation1
	BRnzp situation2

situation1 LD R2 R_2
	ADD R1 R2 #0	
	BRnp situation1_1
	ADD R1 R2 #-6
	BRnp situation1_2
situation1_1  LD R2 _henggang  ;R2存横杠，R6存竖杆
	LD R6 _shugang

	ADD R1 R0 #-2
	ST R1 address
	LDI R1 address
	ADD R1 R6 R1
	BRnp end1

	ADD R1 R0 #-10
	ST R1 address
	LDI R1 address
	ADD R1 R2 R1
	BRnp end1
	
	ADD R1 R0 #8
	ST R1 address
	LDI R1 address
	ADD R1 R2 R1
	BRnp end1
	
	ADD R1 R0 #-1
	ST R1 address
	JSR apply_get_score
	ADD R3 R3 #1
end1	LD R1 R_1
	ADD R1 R1 #-6
	BRz situation1_2
	BRnzp DONE2
situation1_2  LD R2 _henggang  ;R2存横杠，R6存竖杆
	LD R6 _shugang

	ADD R1 R0 #2
	ST R1 address
	LDI R1 address	
	ADD R1 R6 R1
	BRnp end2

	ADD R1 R0 #-8
	ST R1 address
	LDI R1 address	
	ADD R1 R2 R1
	BRnp end2

	ADD R1 R0 #10
	ST R1 address
	LDI R1 address	
	ADD R1 R2 R1
	BRnp end2
	
	ADD R1 R0 #1
	ST R1 address
	JSR apply_get_score
	ADD R3 R3 #1

end2	BRnzp DONE2
situation2 LD R1 R_1
	ADD R2 R1 #0
	BRnzp situation2_1
	ADD R2 R1 #-6
	BRnzp situation2_2
situation2_1  LD R2 _henggang  ;R2存横杠，R6存竖杆
	LD R6 _shugang

	ADD R1 R0 #-9
	ADD R1 R1 #-9
	ST R1 address
	LDI R1 address
	ADD R1 R2 R1
	BRnp end3

	ADD R1 R0 #-10
	ST R1 address
	LDI R1 address
	ADD R1 R6 R1
	BRnp end3
	
	
	ADD R1 R0 #-8
	ST R1 address
	LDI R1 address
	ADD R1 R6 R1
	BRnp end3

	ADD R1 R0 #-9
	ST R1 address
	JSR apply_get_score
	ADD R3 R3 #1

end3	LD R2 R_2
	ADD R2 R2 #-6
	BRz situation2_1
	BRnzp DONE2
situation2_2  LD R2 _henggang  ;R2存横杠，R6存竖杆
	LD R6 _shugang

	ADD R1 R0 #9
	ADD R1 R1 #9
	ST R1 address
	LDI R1 address
	ADD R1 R2 R1
	BRnp DONE2

	ADD R1 R0 #8
	ST R1 address
	LDI R1 address
	ADD R1 R6 R1
	BRnp DONE2
	
	
	ADD R1 R0 #10
	ST R1 address
	LDI R1 address
	ADD R1 R6 R1
	BRnp DONE2

	ADD R1 R0 #9
	ST R1 address
	JSR apply_get_score
	ADD R3 R3 #1

DONE2 	LD R7 ret_address
	LD R0 sum
	ADD R0 R3 R0
	ST R0 sum
	AND R5 R5 R5
	BRz player1_get_score
	BRnzp player2_get_score
player1_get_score LD R0 score1
	ADD R0 R3 R0
	ST R0 score1	
	ret
player2_get_score LD R0 score2
	ADD R0 R3 R0
	ST R0 score2
	ret
	;关键函数fillbox，R0 R3 R6可用，R3暂时用来存分数，R0用来存偏移后的地址
		;R1 R2存行列，R4是map首地址，R5控制权，R7返回地址
map .STRINGZ " ABCDEFG\n0*#*#*#*\n1#######\n2*#*#*#*\n3#######\n4*#*#*#*\n5#######\n6*#*#*#*\n"
address .FILL #0
ret_address .FILL #0
R_1 .FILL #0
R_2 .FILL #0

is_input_valid AND R6 R6 #0
	ADD R6 R6 R7
	
	LD R0 num1
	ADD R1 R1 R0
	LD R0 char1
	ADD R2 R2 R0
	
	AND R0 R2 #1
	AND R4 R1 #1

	NOT R3 R0    ;异或操作
	AND R3 R3 R4
	NOT R4 R4
	AND R0 R0 R4 ;R4释放掉
	AND R4 R4 #0
	NOT R0 R0
	NOT R3 R3
	AND R0 R0 R3
	AND R3 R3 #0 ;R3赋值为0，有意义
	NOT R0 R0
	BRz invalid
	AND R7 R7 #0
	ADD R7 R7 R6
	ret
invalid	ADD R3 R3 #-1
	AND R7 R7 #0
	ADD R7 R7 R6
	ret
num1 .FILL #-48
char1 .FILL #-65

is_occupied AND R6 R6 #0  ;9 * 8 的地图
	ADD R6 R6 R7
	LEA R4 map
	ADD R4 R4 #10
	
	AND R7 R7 #0
	ADD R7 R1 R7
	ADD R7 R7 R7
	ADD R7 R7 R7
	ADD R7 R7 R7	
	ADD R7 R7 R1  ;实现R1乘以10
	ADD R7 R7 R2

	ADD R7 R7 R4
	ST R7 address
	LDI R0 address
	LD R7 space
	ADD R0 R7 R0
	
	BRz not_occupy
	AND R3 R3 #0
	ADD R3 R3 #-1
	BRnzp DONE1
not_occupy AND R3 R3 #0
	
DONE1	AND R7 R7 #0
	ADD R7 R7 R6
	ret
space .FILL #-35

print_map AND R6 R6 #0
	ADD R6 R6 R7
	LEA R0 map
	PUTS
 	AND R7 R7 #0
	ADD R7 R7 R6
	ret
apply_get_score AND R5 R5 R5
	BRz apply_player1
	LD R1 pl2
	STI R1 address
	ret
apply_player1 LD R1 pl1 
	STI R1 address
	ret
pl1 .FILL x31
pl2 .FILL x32
.END