迴圈就是一條往回指的分支
在第 1 篇導覽裡，我們看著一個 if/else 變成不過就是一條條件分支——先測試，再來一個跳躍，它要嘛直接落下去、要嘛往前跳過一段。迴圈是用一模一樣的這塊樂高積木搭起來的，只多一個轉折：跳躍瞄準的是往回，瞄向一條我們已經跑過的指令。記得程式計數器平常只會往前走，一條接著一條。分支是唯一能把它拎起來、再放到別處的東西。讓它指向一個較早的位址，機器就會把同一段指令再跑一次——這，沒有更神祕的東西了，就是迴圈。
想想你會怎麼親手寫出 `for (i = 0; i < n; i++)`。你需要一個暫存器存著計數器 i、一個在頂端測試 `i < n` 的辦法、夾在中間的迴圈本體、一次遞增，以及底端一條跳回測試處的分支。編譯器通常會把它塑形得很巧妙——頂端測試一次、底端往回分支——所以每一輪迭代真正的代價，就只有迴圈本體、加一次遞增、加一條分支。你寫過的每一個迴圈，整副骨架都塌縮成這樣。
# C: sum = 0; for (i = 0; i < n; i++) sum += a[i];
# x10 = base address of a[] x11 = n x12 = sum x13 = i
li x12, 0 # sum = 0
li x13, 0 # i = 0
loop: bge x13, x11, done # if i >= n, leave the loop
# ... body goes here (next section) ...
addi x13, x13, 1 # i++
j loop # jump BACKWARD to the test
done: # ... sum (x12) is ready ...陣列就是一個基底位址加上算術
現在來看迴圈本體：`sum += a[i]`。在 C 裡，`a[i]` 感覺像一個有魔法的單一步驟。硬體完全不曉得 `a[i]` 是什麼意思——它只認得位址。所以編譯器必須算出 a[i] 住在哪裡。陣列在記憶體裡的排法，是一連串大小相等的元素一個緊接一個地塞著，所以第 i 個元素的位址，就只是 `base + i x element_size`。如果 a[] 裝的是 4 位元組的整數，那麼 a[i] 的位址就是 `base + i x 4`。這個「先乘再加」就是陣列索引的全部祕密；這底下根本沒有什麼陣列型別，只有這個小小的加總。
一旦位址進了暫存器，把值取出來就是一條載入。回想 ISA 那一級：RISC-V 是一台載入－儲存機器：算術只碰暫存器，而搆到記憶體的唯一辦法就是載入或儲存。我們這裡用的「基底加位移」形狀——「位址在這個暫存器裡，再加一個小常數」——是機器寥寥幾種定址模式之一，而它正好完美對應到 `base + i x 4`。所以一次乘、一次加、一條載入，就把親切的 `a[i]` 變成矽片真正做得出來的東西。
- 把索引縮放成位元組位移。將 i 乘上元素大小：對 4 位元組的 int 來說，就是 i x 4。編譯器會把這做成一次左移（左移 2 位就等於乘以 4，每位移一位就乘 2 的一次方），因為位移遠比一般的乘法便宜。
- 加上基底位址。取出陣列的基底位址（就坐在某個暫存器裡），把那個位元組位移加上去。現在有一個暫存器握著 a[i] 的確切位址——這正是一個指向該元素的指標。
- 透過它載入。用「基底加位移」定址發出一條載入——「這個暫存器裡的位址，加上 0」——a[i] 的值便抵達某個暫存器，準備好給接下來的算術使用。
指標：位址就只是一個數字
這裡是整篇導覽安靜的笑點：在金屬層級，指標一點也不特別。它就只是一個剛好存著位址的暫存器（或記憶體格子）——一個指名記憶體裡某個地方的數字。回頭看那段陣列程式碼：`x14` 存的是 `base + i x 4`，這正是一個指向 a[i] 的指標。「對指標解參考」不過就是從它存著的位址做一次載入；`0(x14)` 就是 `*p`。C 在整數與指標之間畫了一條粗粗的觀念界線，但硬體把兩者都看成暫存器裡的位元圖案，而同一條加法指令可以推進其中任何一個。
這解鎖了一種更俐落的走陣列方式。與其每一輪都重算 `base + i x 4`，不如保留一個會移動的指標，每次就把它加上一個元素大小。迴圈握著一個位址、透過它載入、再加 4 跨到下一個元素。這就是 C 指標算術投在組合語言上的影子——對一個 int 指標做 `p++`，暗地裡加的是 4 而不是 1，因為編譯器會按元素大小縮放。硬體並沒有什麼縮放魔法；是編譯器替你把那個 4 烤了進去。一個誠實的提醒：一個指標指名了某個位址，並不代表那個位址就輪得到你碰——一個走偏的指標會開開心心地載入垃圾，或讓程式當掉。
迴圈與快取相遇之處
在這裡，我們剛剛寫的組合語言，悄悄碰到了整個學科裡最深的效能觀念。當那條 `lw` 依序走過 a[0]、a[1]、a[2]……，它讀的是一個接一個的相鄰位址。記憶體硬體愛死這個了。快取——那張放著你最常用的書、好讓你很少需要走去圖書館的小書桌——一次抓回一整條快取線（譬如 64 位元組），而不是一次一個 int。所以一趟去記憶體的旅程，會帶回 a[i] 連同它的十六個鄰居。接下來的十五輪迭代，便發現自己的資料早已躺在書桌上了。這就是空間區域性：用了某樣東西，會讓附近的東西在接下來變得很便宜。
現在反過來。用一個很大的跨步走同一個陣列——碰 a[0]、然後 a[1000]、再 a[2000]——於是每一次載入都落在一條快取沒見過的全新快取線上。每一次都是一次快取未命中，一趟慢慢走去真正圖書館的路。指令幾乎一模一樣；它們產生的位址卻不一樣。這就是為什麼對快取友善的程式碼，能比那種算出一模一樣答案、卻對快取不友善的程式碼快上好幾倍。你迴圈裡的算術通常是免費的；真正決定你速度的，是那些位址所描出來的記憶體存取樣式。
值得帶著往前走的東西（外加一句誠實話）
退一步看，這三個觀念其實押著韻。迴圈是一條改寫程式計數器的往回分支。陣列索引是一個建出位址的「先乘再加」。指標就只是那個坐在暫存器裡、由載入解參考的位址。分支、位址算術、載入——還是第 1 篇導覽那一小撮詞彙，只是現在被排起來，去嚼穿一整批一整批的資料。所有更豐富的東西（雜湊表、鏈結串列、樹），都是用這幾個動作搭起來的，差別只在於位址用更花俏的方式算出來。
最後一句誠實話，跟這一級反覆說的同一句：今天幾乎沒有人會為了上線產品親手寫這樣的迴圈——編譯器會做這件事，而且通常比人做得好，因為它能在我們搆不到的規模上玩弄暫存器與指令排程。讀這篇導覽的理由，不是要在寫程式上贏過編譯器。而是當效能分析器指著一個熱迴圈、或一個指標臭蟲在某個令人摸不著頭緒的位址當掉、或你程式的某個版本莫名其妙比另一個慢十倍時，你能讀懂組合語言、親眼看見機器到底在做什麼——那些位址、那些載入、那個記憶體樣式。如今，讀懂機器的語言，遠比寫出它來得重要。