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第 4 關(guān)《信號比較器》（Signal Comparator）關(guān)卡展示

本關(guān)要求從 IN 收到正數(shù)時，向 OUT.G 寫?1；從 IN 收到 0 時，向 OUT.E 寫 1；從 IN 收到負(fù)數(shù)時，向 OUT.L 寫 1。因?yàn)橐陨先齻€條件，任何時候都必然有且僅有一條成立，所以同一時刻，三個輸出口只能有一個被寫入 1，其余兩個條件不成立的端口需要同時被寫入 0。

本關(guān)我們需要接觸 5 條用于控制流程的跳轉(zhuǎn)指令，其中 1 條是無條件跳轉(zhuǎn)，另外 4 條都是有條件跳轉(zhuǎn)。

無條件跳轉(zhuǎn)指令：jmp <label>，無視原先的執(zhí)行順序，強(qiáng)制跳轉(zhuǎn)到標(biāo)記為 label 的代碼行處執(zhí)行。

零跳轉(zhuǎn)指令：jez <label> (Jump if Equal to Zero)，當(dāng) acc 為零時，跳轉(zhuǎn)到標(biāo)記為 label 的代碼行處執(zhí)行，否則按順序繼續(xù)執(zhí)行。

正跳轉(zhuǎn)指令：jgz <label> (Jump if Greater than Zero)，當(dāng) acc 大于零時，跳轉(zhuǎn)到標(biāo)記為 label 的代碼行處執(zhí)行，否則按順序繼續(xù)執(zhí)行。

負(fù)跳轉(zhuǎn)指令：jlz <label> (Jump if Less than Zero)，當(dāng) acc 小于零時，跳轉(zhuǎn)到標(biāo)記為 label 的代碼行處執(zhí)行，否則按順序繼續(xù)執(zhí)行。

非零跳轉(zhuǎn)指令：jnz <label> (Jump if Non Zero)，當(dāng) acc 不為零時，跳轉(zhuǎn)到標(biāo)記為 label 的代碼行處執(zhí)行，否則按順序繼續(xù)執(zhí)行。

本關(guān)的輸出和輸入是否【大于 0】、【等于 0】、【小于 0】相關(guān)，是練習(xí)各大跳轉(zhuǎn)指令的入門關(guān)卡。本關(guān)的代碼如下：

左邊的三個節(jié)點(diǎn)全部是用于傳話的（mov up down, mov up down, mov up right），一筆帶過。

最先收到 IN 口值的是位于 OUT.G 上方的節(jié)點(diǎn)。它從左邊收到數(shù)字后，把這個數(shù)字存入自己的 acc，為接下來的按條件跳轉(zhuǎn)做準(zhǔn)備（mov left acc）。存好后，我們要將這個值再傳一份給右邊的節(jié)點(diǎn)，因?yàn)橛疫叺墓?jié)點(diǎn)也需要根據(jù)這個值向 OUT.E 口寫輸出值（mov acc right）。

接下來是重頭戲：我們按照題目規(guī)則，判定輸入的值是否大于 0，并根據(jù)判定結(jié)果跳轉(zhuǎn)到不同的代碼塊去執(zhí)行代碼。第 3 行代碼 jgz 6 的作用是：如果 acc 大于 0，則跳轉(zhuǎn)到第 6 行去執(zhí)行。這就導(dǎo)致了一個現(xiàn)象：如果 acc 大于 0，按照要求要跳過第 4、5 行代碼，所以第 4、5 行代碼是僅當(dāng) acc <= 0 時才會執(zhí)行到的。當(dāng) acc <= 0 時，我們需要給 OUT.G 口輸出 0 信號（mov 0 down）。與此同時，第 6 行代碼是僅當(dāng) acc > 0 時才能執(zhí)行的，所以當(dāng) acc <= 0 時，第 4 行代碼執(zhí)行完畢后，我們還需要強(qiáng)制跳回第 1 行，避免執(zhí)行第 6 行的代碼（jmp 1）。接下來第 6 行，acc > 0 時，給 OUT.G 口輸出 1 信號（mov 1 down）。第 6 行代碼執(zhí)行完畢后，根據(jù)游戲設(shè)定，會自動跳回第 1 行，所以到這里就不需要再寫一行多余的 jmp 1 了。

我們現(xiàn)在畫一個流程圖來解釋 OUT.G 上方的節(jié)點(diǎn)究竟在做什么：

然后看右邊的位于 OUT.E 上方的節(jié)點(diǎn)。該節(jié)點(diǎn)從左邊接收傳來的輸入（mov left acc），并將該輸入量再發(fā)送一份給右邊的節(jié)點(diǎn)，讓它處理 OUT.L 口的輸出（mov acc right）。該節(jié)點(diǎn)用了非零跳轉(zhuǎn)（jnz 6），導(dǎo)致的結(jié)果就是：acc = 0 時，執(zhí)行第 4、5 行代碼，向 OUT.E 輸出 1（mov 1 down, jmp 1）；acc ≠ 0 時，執(zhí)行第 6 行代碼，向 OUT.E 輸出 0（mov 0 down）。

最后是右下角的位于 OUT.L 上方的節(jié)點(diǎn)。該節(jié)點(diǎn)同樣從左邊接收傳來的輸入（mov left acc），但由于它已經(jīng)位于右邊緣，它的右側(cè)已經(jīng)沒有更多節(jié)點(diǎn)等待它傳話了，所以這個節(jié)點(diǎn)里的 mov acc right 這條指令被注釋掉了。該節(jié)點(diǎn)用了負(fù)跳轉(zhuǎn)，導(dǎo)致的結(jié)果就是：acc >= 0 時，執(zhí)行第 4、5 行代碼，向 OUT.L 輸出 0（mov 0 down, jmp 1)；acc < 0 時，執(zhí)行第 6 行代碼，向 OUT.L 輸出 1（mov 1 down）。

匯編里的“按條件跳轉(zhuǎn)”本質(zhì)上和高級語言的 if...else... 是一回事。C 語言的

等價于這樣的匯編代碼：

匯編在語序上沒有高級語言的 if...else... 直觀，因?yàn)槭菨M足條件后跳轉(zhuǎn)執(zhí)行，所以先寫的其實(shí)是不滿足條件時的代碼塊，也就是 else 部分在前，then 部分在后。

那么，我們現(xiàn)在嘗試將 OUT.G 上方的匯編代碼轉(zhuǎn)寫成 C 語言代碼。該節(jié)點(diǎn)的匯編代碼如下：

轉(zhuǎn)寫成的 C 語言代碼如下：

語義很明顯：acc > 0 時給下方輸出 1，否則給下方輸出 0。另外兩個節(jié)點(diǎn)大同小異，我就不再細(xì)說了。

點(diǎn)擊左下角的【RUN】，稍等片刻，便會彈出結(jié)算界面：

不錯，三項(xiàng)指標(biāo)都在直方圖的最左端，所以本方案應(yīng)該是這道題的十全十美方案了。

第 5 關(guān)《信號疊加器》（Signal Multiplexer）關(guān)卡展示

本關(guān)要求從 IN.S 讀入 -1 時，輸出 IN.A 的值，舍棄掉 IN.B 的值；從 IN.S 讀入 1 時，輸出 IN.B 的值，舍棄掉 IN.A 的值；從 IN.S 讀入 0 時，輸出 IN.A + IN.B 的值。

這一關(guān)其實(shí)不算太難，就是將 IN.S 讀入 acc，然后判斷其是否小于／等于／大于 0，并根據(jù)判定結(jié)果選擇三個代碼塊中的一個執(zhí)行。代碼如下：

IN.A 下方的節(jié)點(diǎn)，以及 IN.B 下方的節(jié)點(diǎn)，做的事情都是把讀到的值匯總到中央節(jié)點(diǎn)，取舍均由中央節(jié)點(diǎn)自行決定（mov up right, mov up left）。

IN.S 下方的節(jié)點(diǎn)（中央節(jié)點(diǎn)）按照計劃，從 IN.S 讀入一個數(shù)字（mov up acc），并根據(jù)它的符號決定接下來要執(zhí)行的代碼塊：若為正數(shù)，則跳轉(zhuǎn)到第 11 行執(zhí)行（jgz b)；若為 0，則跳轉(zhuǎn)到第 7?行執(zhí)行（jez 7）；若為負(fù)數(shù)，則按順序繼續(xù)往下執(zhí)行。那么我們很自然地就把這些代碼分成了三部分：當(dāng) acc < 0 時，執(zhí)行第 4~6 行代碼；當(dāng) acc = 0 時，執(zhí)行第 7~10 行代碼；當(dāng) acc > 0 時，執(zhí)行第 11~12 行代碼。

那么我們先看第 4~6 行代碼：當(dāng) acc < 0 時，根據(jù)題目要求，要輸出 IN.A 的值，舍棄掉 IN.B 的值。那么我們在代碼里，自然就是從左邊節(jié)點(diǎn)拿到 IN.A 后往下傳（mov left down），從右邊節(jié)點(diǎn)拿到 IN.B 后自己吞掉，不傳下去（mov right acc, jmp 1）。

接下來是第 7~10 行代碼：當(dāng) acc = 0 時，根據(jù)題目要求，要輸出 IN.A + IN.B 的值。那我們在代碼里，自然是先從左邊節(jié)點(diǎn)拿到 IN.A 的值放到 acc 里（mov left acc），然后從右邊節(jié)點(diǎn)拿到 IN.B 的值累加到 acc 里（add right），計算完畢后，將算好的值往下傳（mov acc down, jmp 1）。

最后是第 11~12 行代碼：當(dāng) acc > 0 時，根據(jù)題目要求，要輸出 IN.B 的值，舍棄掉 IN.A 的值。此時我們的行為跟第一部分的代碼正好相反，從右邊節(jié)點(diǎn)拿到 IN.B 后往下傳（mov right down），而從左邊節(jié)點(diǎn)拿到 IN.A 后自己吞掉（mov left acc）。

將以上過程畫成流程圖，如下：

以上匯編代碼轉(zhuǎn)換成 C 語言代碼后，是這個樣子的：

有讀者可能要問了：為什么用不到的值非得讀一下然后再自己吞掉，不能不讀它嗎？這就不得不提一下這個游戲里的設(shè)定了：任何時候，當(dāng)一個節(jié)點(diǎn)使用 mov 指令給相鄰節(jié)點(diǎn)傳值時，對應(yīng)的相鄰節(jié)點(diǎn)必須要接收這個值。若不接收，傳值的節(jié)點(diǎn)就會一直阻塞下去，直到對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)接收掉相應(yīng)的值為止。也就是說，傳話的節(jié)點(diǎn)自己是不知道該不該丟棄掉這個值的。如果中央節(jié)點(diǎn)不去主動讀那個需要丟棄的值，傳話的節(jié)點(diǎn)就會一直等待下去，下次中央節(jié)點(diǎn)再來讀的時候，讀到的反而是前若干個回合里早就該丟棄掉的廢值，這樣我們反而會得到錯誤的結(jié)果。所以，即使對于不需要的值，接收方也是需要去讀一下然后丟棄掉的，這樣可以釋放掉傳話方的阻塞信號，以便傳話方繼續(xù)準(zhǔn)備下一次要傳遞的內(nèi)容。

中央節(jié)點(diǎn)下方的兩個節(jié)點(diǎn)也沒啥好說的，就是給最終輸出口 OUT 傳話的（mov up down, mov up down）。

點(diǎn)擊左下角的【RUN】，稍等片刻，便會彈出結(jié)算界面：

解鎖成就 UNCONDITIONAL

該成就的說明是 Solve SIGNAL COMPARATOR without using the JGZ, JLZ, JEZ, or JNZ instructions，不使用四大有條件跳轉(zhuǎn)指令完成第 4 關(guān)。

一開始看到這個成就的時候，你可能覺得這是無解的。但是如果你仔細(xì)閱讀了手冊，你會發(fā)現(xiàn)手冊上介紹了一個魔法般的跳轉(zhuǎn)指令：jro 指令。

jro 即 Jump Relative Offset，按相對偏移量跳轉(zhuǎn)。它的用法是：jro <src>，從數(shù)據(jù)源處讀入一個值，并跳轉(zhuǎn)到當(dāng)前行后的這么多行處執(zhí)行。如果 src 為負(fù)數(shù)，則改為往前跳轉(zhuǎn)?|src|?行。如果 src 為 0，則本次會停留在這一行，直到從數(shù)據(jù)源處讀入的數(shù)不為 0 為止。

手冊里給 jro 指令的用法舉了這么幾個例子：

前三種用法因?yàn)樘D(zhuǎn)到的位置是固定的，所以本質(zhì)上和 jmp 指令沒什么兩樣。jro 指令真正厲害的地方在于第四種用法：jro acc，根據(jù) acc 里的值動態(tài)決定要往哪跳。以及由此衍生出的 jro up/down/left/right，由鄰居節(jié)點(diǎn)來控制你往哪跳！這是無條件跳轉(zhuǎn)的 jmp 指令，以及之前介紹的四大條件跳轉(zhuǎn)指令做不到的點(diǎn)。

介紹完了 jro 指令后，我們回到題目。

這題的輸入只有 -2、-1、0、1、2 這五種，每種輸入都對應(yīng)著唯一一種輸出。因此我們可以將節(jié)點(diǎn)里的代碼分成五部分，并對輸入量做一定的處理，使之變成 jro 指令里的偏移量，將程序引導(dǎo)到相應(yīng)的代碼塊處執(zhí)行。由于 jro 0 會將程序阻塞在當(dāng)前行不動，所以我們需要將原始的輸入量 +3，使其變成 1、2、3、4、5 后，再使用 jro acc 做相對跳轉(zhuǎn)。程序代碼如下：

左上方和左側(cè)居中的節(jié)點(diǎn)跟之前一樣純傳話，但是左下角的節(jié)點(diǎn)有了改變，將輸入量 +3 后再傳給右邊（mov 3 acc, add up, mov acc right）。這樣 -2、-1、0、1、2 的輸入量就映射成了 1、2、3、4、5。

現(xiàn)在我們來看 OUT.G 上方的節(jié)點(diǎn)有什么變化。題目要求 IN 為正數(shù)時，OUT.G 輸出 1，否則輸出 0。由于輸入量固定在 -2 ~ +2 范圍內(nèi)，所以題目事實(shí)上變成了：當(dāng) IN 為 -2、-1 或 0 時，OUT.G 輸出 0；當(dāng) IN 為 1、2 時，OUT.G 輸出 1。我們從左側(cè)節(jié)點(diǎn)收到并存入 acc 的是 IN + 3 的值，所以我們需要做的事就是：當(dāng) acc 分別為 1、2、3、4、5 時，分別對 acc 做一定的運(yùn)算，將其變?yōu)?0、0、0、1、1 并輸出。

首先我們從左側(cè)節(jié)點(diǎn)接收 IN + 3 的值存入 acc（mov left acc），同時復(fù)制一份發(fā)給右邊的節(jié)點(diǎn)（mov acc right）。接下來就是關(guān)鍵的 jro 指令。由于 acc 只可能是 1~5 中的一個，所以 jro acc 的含義是：

• acc 為 1（IN 為 -2）時，向下移動 1 行執(zhí)行；

• acc 為 2（IN 為 -1）時，向下移動 2 行執(zhí)行；

• acc 為 3（IN 為 0）時，向下移動?3 行執(zhí)行；

• acc 為 4（IN 為 1）時，向下移動 4 行執(zhí)行；

• acc 為 5（IN 為 2）時，向下移動 5?行執(zhí)行。

我們依次驗(yàn)證：

• 當(dāng) acc 為 5 時，向下移動 5 行，依次執(zhí)行 sub 4, mov acc down。由于 5 - 4 = 1，所以輸出的值是 1。

• 當(dāng) acc 為 4 時，向下移動 4 行，依次執(zhí)行 add 1, sub 4, mov acc down。由于 4 + 1 - 4 = 1，所以輸出的值是 1。

• 當(dāng) acc 為 3 時，向下移動 3 行，依次執(zhí)行 nop, add 1, sub 4, mov acc down。由于 3 + 1 - 4 = 0，所以輸出的值是 0。

• 當(dāng) acc 為 2 時，向下移動 2 行，依次執(zhí)行 add 1, nop, add 1, sub 4, mov acc down。由于 2 + 1 + 1 - 4 = 0，所以輸出的值是 0。

• 當(dāng) acc 為 1 時，向下移動 1 行，依次執(zhí)行 add 1, add 1, nop, add 1, sub 4, mov acc down。由于 1 + 1 + 1 + 1 - 4 = 0，所以輸出的值是 0。

以上我們接觸到了一條新指令：空操作指令 nop。這條指令本身除了占用一個機(jī)器周期，以及占用一行寶貴的代碼空間外，不產(chǎn)生任何效果。那么我們?yōu)槭裁催€需要寫這么一條空操作指令呢？因?yàn)椋?strong>以上代碼里，由于 acc 為 3 和 4 時都只需要執(zhí)行 +1 和 -4 兩條運(yùn)算，但 acc 為 3 和 4 時，jro 的跳轉(zhuǎn)點(diǎn)又不同。所以向下跳轉(zhuǎn) 3 行時，我們只能在這個地方加一條 nop 空操作指令占位，讓兩個跳轉(zhuǎn)點(diǎn)事實(shí)上執(zhí)行的操作完全一致。它可以被等效替換成 add 0, sub 0, jro 1 等指令，畢竟將 acc 加上 0 或減去 0，或者只是正常跳轉(zhuǎn)到下一行去執(zhí)行，事實(shí)上也等效于本行代碼沒有執(zhí)行任何操作。

現(xiàn)在我們看 OUT.E 上方的節(jié)點(diǎn)。它會從左邊的節(jié)點(diǎn)收到一份?IN + 3（mov left acc），同樣復(fù)制一份傳給右邊的節(jié)點(diǎn)（mov acc right）。OUT.E 要求 IN 為 0 時輸出 1，IN 為 -2、-1、1、2 時輸出 0。這相當(dāng)于 acc 為 3 時輸出 1，為 1、2、4、5 時輸出 0。那我們看看本節(jié)點(diǎn)執(zhí)行 jro acc 后的效果：

• 當(dāng) acc 為 5 時，向下移動 5 行，依次執(zhí)行 sub 5, mov acc down。由于 5?- 5 =?0，所以輸出的值是 0。

• 當(dāng) acc 為 4 時，向下移動 4 行，依次執(zhí)行 add 1, sub 5, mov acc down。由于 4 + 1 - 5?= 0，所以輸出的值是 0。

• 當(dāng) acc 為 3 時，向下移動 3 行，依次執(zhí)行 add 2, add 1, sub 5, mov acc down。由于 3 + 2 + 1 -?5 = 1，所以輸出的值是 1。

• 當(dāng)?acc 為 2 時，向下移動 2 行，依次執(zhí)行 nop, add 2,?add 1, sub 5, mov acc down。由于 2 + 2 + 1 - 5?= 0，所以輸出的值是 0。

• 當(dāng) acc 為 1 時，向下移動 1 行，依次執(zhí)行 add 1, nop, add 2, add 1, sub 5, mov acc down。由于 1 + 1 + 2 + 1 -?5?= 0，所以輸出的值是 0。

最后我們來看 OUT.L 上方的節(jié)點(diǎn)。它會從左邊的節(jié)點(diǎn)收到一份?IN + 3（mov left acc），但是它右邊沒有節(jié)點(diǎn)了，所以不需要再傳給右邊了，我在原先第二行的代碼 mov acc right?前加上了 # 號，讓它變成了注釋。OUT.L 要求 IN 為 -2、-1 時輸出 1，IN 為 0、1、2 時輸出 0。這相當(dāng)于 acc 為 1、2 時輸出 1，為 3、4、5 時輸出 0。那我們看看本節(jié)點(diǎn)執(zhí)行 jro acc 后的效果：

• 當(dāng) acc 為 5 時，向下移動 5 行，依次執(zhí)行 sub 5, mov acc down。由于 5?- 5 =?0，所以輸出的值是 0。

• 當(dāng) acc 為 4 時，向下移動 4 行，依次執(zhí)行 add 1, sub 5, mov acc down。由于 4 + 1 - 5?= 0，所以輸出的值是 0。

• 當(dāng) acc 為 3 時，向下移動 3 行，依次執(zhí)行 add 1, add 1, sub 5, mov acc down。由于 3 + 1 + 1 -?5 =?0，所以輸出的值是 0。

• 當(dāng)?acc 為 2 時，向下移動 2 行，依次執(zhí)行 add 2,?add 1, add 1, sub 5, mov acc down。由于 2 + 2 + 1 + 1 - 5?=?1，所以輸出的值是 1。

• 當(dāng) acc 為 1 時，向下移動 1 行，依次執(zhí)行 add 1, add 2, add 1, add 1, sub 5, mov acc down。由于 1 + 1 + 2 + 1 + 1 -?5?= 1，所以輸出的值是 1。

點(diǎn)擊左下角的【RUN】，稍等片刻，彈出結(jié)算界面后，便可解鎖 UNCONDITIONAL 成就。

當(dāng)然，你目前只接觸到了 jro 指令的這種初步的用法。后續(xù)的關(guān)卡里，節(jié)點(diǎn)間的分工合作會越來越復(fù)雜，有部分關(guān)卡離開了 jro 指令就直接無解。到了相應(yīng)的關(guān)卡里時，我會詳細(xì)解說 jro 指令的高級用法。