第五章：面向对象编程基础

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第五章：面向对象编程基础
如果一个程序员所接触的第一门语言是Verilog的话，那么这一章我们讲述的面向对象编程OOP（object-oriented programming）就要改变Verilog这种面向结构化的编程语言的思路。Verilog语言中没有数据结构，只有向量和数组。
面向对象编程OOP使用户能够创建复杂的数据类型，并且将它们跟使用这些数据类型的程序紧密地结合在一起。

5.1概述

面向对象编程（OOP）使用户可以在更加抽象的层次上建立测试平台和系统级模型，通过调用函数来执行一个动作而不是改变信号的电平。当使用事务处理器来代替信号翻转的时候，我们就可以变得很高效。
测试平台跟设计细节分开了，它们变得更加可靠，更加易于维护，在将来的项目中可以重复使用。
传统的测试平台要做的操作：创建一个事务、发送、接收、检查结果、然后产生报告。而在OOP中，你需要重新考虑测试平台的结构，以及每部分的功能。发生器（generator）创建事务并且将它们传给下一级，驱动器（driver）和设计进行会话，设计返回的事务将被监视器（monitor）捕获，计分板（scoreboard）会将捕获的结果跟预期的结果进行比对。因此，测试平台应该分成若干块（block），然后定义它们相互之间如何通信。

5.2类（class）

类封装了数据和操作这些数据的子程序。下面的例子是一个通用数据包类。这个数据包包含了地址、CRC和一个存储数值的数组。
```
      class Transaction;
                bit [31:0] addr,crc,data[8];
       
              function void display;
                       $display("Transaction:%h",addr);
               endfunction:display
      
               function void calc_crc;
                         crc=addr^data.xor;
                endfunction:calc_crc
       endclass:Transaction
```
类可以定义在program module package中，或者在这些块之外的任何地方。类可以在程序和模块中使用。可以使用SystemVerilog的包（package）将一组相关的类和类型定义捆绑在一起。

5.3 OOP术语
- 类（class）：包含变量和子程序的基本构建块。
  Verilog中与之对应的是模块（module）。
- 对象（object）：类的一个实例。
  Verilog中，你需要实例化一个模块才能使用它。
- 句柄（handle）：指向对象的指针。一个OOP句柄就像一个对象的地址。
  Verilog中，你通过实例名在模块外部引用信号和方法。
- 属性（property）：储存数据的变量。
  Verilog中，就是寄存器（reg）或者线网（wire）类型的信号。
- 方法（method）：任务或者函数中操作变量的程序性代码。
  Verilog中的任务和函数。
- 原型（prototype）：程序的头，包括程序名、返回类型和参数列表。程序体则包含了执行代码。
5.4 创建新对象

Verilog和OOP中，都存在例化的概念。Verilog的例化是静态的，就像硬件一样在仿真的时候不会变化，只有信号值在改变。而SystemVerilog中，激励对象不断地被创建并且用来驱动DUT，检查结果。最后这些对象所占的内存可以被释放，以供新的对象使用。类在使用之前必须例化，句柄可以指向很多对象，但是一次只能指向一个。
使用new函数来分配并初始化对象。
```
       Transaction tr;   //声明一个句柄
         tr=new();   //为一个Transaction对象分配空间
```
- 声明句柄tr的时候，它被默认初始化null。
- 调用new()函数来创建Tansaction对象，并分配空间，将变量初始化为默认值（二值变量为0，四值变量为X），并返回保存对象的地址。
5.4.1 定制构造函数（constructor）

用户可以自行设置初始值。
设置成固定的值
```
        class Transaction;
                bit [31:0] addr,crc,data[8];
       
              function new;
                       addr=3;
                  foreach(data[i])
                          data[i]=5;
               endfunction
         endclass:Transaction
```
你也可以设计成可以选择使用默认值或者固定值。
```
        class Transaction;
                bit [31:0] addr,crc,data[8];
       
              function new(logic[31:0] a=3,d=5);
                       addr=a;
                  foreach(data[i])
                          data[i]=d;
               endfunction
             
             initial 
                   begin
                  Transaction tr;
                     tr=new(10);    //addr=10,data=5(默认值)
                  end
         endclass:Transaction
```
- addr和data的默认值是3和5，可以对它们的值进行改变，没有明确指出时就使用默认值。
- 将声明和创建分开。
- new[]和new(),两者都是申请内存并初始化变量。
  不同之处：1、new()函数仅创建了一个对象，new[]则建立一个含有多个元素的数组。2、new()可以使用参数设置对象的数值，而new[]只需要使用一个数值来设置数组的大小。
5.4.2 为对象创建一个句柄

通过声明一个句柄来创建一个对象。在一次仿真中，一个句柄可以指向很多对象，但是一次只能指向一个。
```
       Transaction t1,t2;
       t1=new();
       t2=t1;
       t1=new()；
```
t2指向第一个Transaction对象，t1指向第二个Transaction对象。

5.4.3 对象的解除分配
```
        t=new();   //分配第一个Transaction对象
        t=new();   //分配第二个Transaction对象，释放第一个
        t=null;      //解除分配第二个
```
5.4.4使用对象

如果已经分配了一个对象，可以使用“.”符号来引用变量和子程序。
```
       Transaction t;
        t=new();
        t.addr=32'h42;    //设置变量的值
        t.display();   //调用一个子程序
```
5.5 静态变量和全局变量

每个对象都有自己的局部变量，这些变量不和任何其他对象共享。如果有两个Transaction对象，则每个对象都有自己的局部变量。但是有时候你需要一个某种类型的变量，被所有的对象所共享。

5.5.1 简单的静态变量

在SystemVerilog中，可以在类中创建一个静态变量。该变量将被这个类的所有实例所共享，并且它的使用范围仅限于这个类。
```
       class Transaction;
               static int count=0;
                int id;
       
              function new();
                       id=count++;
               endfunction
         endclass:Transaction

          Transaction t1,t2;
             initial 
                  begin
                        t1=new();
                        t2=new();
                        $display("Second id=%d,count=%d",t2.id,t2.count);
                   end
```
- t1,第一个实例，id=0,count=1;
- t2,第二个实例，id=1,count=2;
- count保存在类中而不是对象中，对t1和t2都是同一个count；
- id不是静态变量，t1和t2都有不同的id值。
- 通常在声明时初始化变量。
  SystemVerilog不能输出对象的地址，但是可以考虑创建ID域来区分对象。考虑创建一个类的静态变量，它能自给自足，对外部的应用越少越好。
5.5.2 通过类名访问静态变量

我们可以使用在类名加上::来引用静态变量。
```
       class Transaction;
               static int count=0;
      endclass
         
             initial 
                  begin
                       run_test();
                        $display("%d transaction were created",Transaction::count);
                   end
```
5.6 类的方法

类中的程序也称为方法，也就是在类的作用域内定义的内部task或者function。
```
        class Transaction;
               bit [31:0] addr,crc,data[8];
       
               function void display();
                      ......
                endfunction
         endclass:Transaction

           Transaction t;
             initial 
                  begin
                        t=new();
                        t.display();    //调用Transaction的方法
                   end
```
5.7 在类之外定义方法

为了增强程序的可读性，我们一般讲class搭配endclass在同一页面中。但是如果内容太多的话，可以将方法名和参数放在类的内部，而方法的程序体（过程代码）放在类的定义后面。
```
             class Transaction;
                   bit [31:0] addr,crc,data[8];
                   extern function void display();
             endclass:Transaction

            function void Transaction::display();
                      ......
             endfunction
```
- 在class定义里加入关键词extern
- 将function移到类的后面，并注意function void Transaction::display()的命名格式。
5.8 作用域规则

在编写测试平台的时候，需要创建和引用许多变量。SystemVerilog采用与Verilog基本相同的规则。
作用域是一个代码块，例如一个module、program、task、function、class、begin-end块。for和foreach循环自动创建一个块。
类应当在program和module外的package中定义。
```
           package Mistake;
             class Bad;
                 logic[31:0] data[];
                    function void dispaly;
                          ......
                    endfunction
            endpackage
  
            program test;
                     int i;
                  import Mistake::*;
                     ......
            endprogram
```
当你使用一个变量名的时候，SystemVerilog将会在当前作用域寻找，接着在上一级作用域内寻找，直到找到该变量为止。这一点与Verilog相似。
这里介绍一种直接将局部变量赋给类一级变量的方法。
```
          class Scoping；
                 string oname;
                        function  new(string oname);   //function的局部变量oname
                                    this.oname=oname;    //将类变量oname=局部变量oname
                         endfunction
          endclass
```
- 采用this直接将局部变量赋给类一级的变量。
5.9 在一个类内使用另一个类

通过使用指向对象的句柄，一个类内部可以包含另一个类的实例。这就如同Verilog中，在一个模块内部包含另一个模块实例，以建立设计的层次结构。
```
         class Statistics;
            .......
         endclass
```
```
         class Transaction;
           .......
         Statistics stats;   // 例化的类的句柄
              function new();
                  stats=new();
             endfunction

           task create_packet();
             .......
              stats.start();    //分层调用使用Statistics里的变量
           endtask
         endclass
```
- 最外层的Transaction可以通过分层调用语法来调用Statistics类中的成员
- 在上层构造函数中，完成对调用类的例化
  注意在调用类的过程中，我们通常有一个编译顺序的问题，如果调用的类在后面，则需要提前声明。如果上例中两个class的顺序颠倒一下，则需要声明typedef class Statistics。
5.10 理解动态对象

在OOP中，可能有很多对象，但是只定义了少量的句柄。一个测试平台在仿真过程中可能产生了数千次事务对象，但是仅有几个句柄在操作它们。如果你之前一直在用Verilog代码，你一定要习惯这种情况。

5.10.1 将对象传递给方法

当你调用方法的时候，传递的是对象的句柄而不是对象本身。
```
        task transmit (Transaction t);
              ......
        endtask

        Transaction t;
             initial 
                 begin
                      t=new();
                      t.addr=42;
                      transmit(t);
                   end
```
- 初始化块先产生一个Transaction对象，并且调用transmit任务，transmit任务的参数是指向该对象的句柄。通过句柄，transmit可以读写对象中的值。
- 如果transmit试图改变句柄，初始化块将不会看到结果，因为参数t没有ref修饰符。
  
  task transmit ( ref Transaction tr); ...... endtask Transaction t; initial begin t=new(); transmit(t); $display(t.add); end
- transaction修改了参数tr，使用ref关键词,否则的话，只是对tr做了修改，调用块中的句柄t仍为null。
5.10.2 在程序中修改对象

在测试平台中，一个常见的错误就是忘记为每个事物创建一个对象。
```
      task generator_bad(int n);
          Transaction t;
           t=new();
           repeat (n)
                     begin
                     t.addr=$random();//修改变量初始值
                     $display("%0h",t.addr);
                     transmit(t);  //将它发送到DUT
                     end
       endtask 
```
- 上面的代码仅创建了一个对象，所以每一次循环generor_bad在发送事务对象的同时又修改了它的内容。
- 当你运行这段代码的时候，display出不同的addr值，但是transmit的t都具有相同的addr值。
- 为了避免这种错误，你需要在每次循环的时候创建一个新的Transaction对象。
  
  task generator_bad(int n); Transaction t； repeat (n) begin t=new(); t.addr=$random();//修改变量初始值 $display("%0h",t.addr); transmit(t); //将它发送到DUT end endtask
5.10.2 句柄数组

在写测试平台的时候，可能需要保存并且引用许多对象。你可以创建句柄数组，数组的每一个元素指向一个对象。
```
         task generator();
            transmit tarray[10];
             foreach (tarray[i])
                     begin 
                         tarray[i]=new();
                          transmit(tarray);
                      end
            endtask         
```
- tarray数组是由句柄组成而不是对象，所以在使用时，必须像普通句柄创建对象一样。
5.11 对象的复制

可以使用简单的new函数的内建拷贝功能，也可以为更复杂的类编写专门的对象拷贝函数。下面我们就来一一介绍一下。

5.11.1 使用new操作符复制一个对象

使用new复制一个对象简单而且可靠，它创建了一个新的对象，并且复制了现在对象的所有变量。
```
      class Transaction;
                bit[31:0] addr,crc,data[8];
       endclass

     Transaction src,dst;
              initial 
                   begin
                       src=new();
                       dst=new src;
                   end
```
- 这是一种简易的复制，只有最高一级的对象被new操作符复制，下层的对象都不会被复制。
  如果Transaction类包含了一个指向Statistics类的句柄，那么我们又该如何处理呢？
  
  class Transaction; bit[31:0] addr,crc,data[8]; static int count=0; int id; Statistics stats; function new; stats=new(); id=count++; endfunction endclass Transaction src,dst; initial begin src=new(); src.stats.startT=42; dst=new src; dst.stats.startT=96; //src.stats.startT=dst.stats.startT=96 end
- Transaction对象被拷贝，但是Statistics对象没有被复制；
- 两个Transaction对象都具有相同的id值；
- 两个Transaction对象都指向同一个Statistics对象。
5.11.2 编写自己的简单复制函数

如果有一个简单的类，它不包含任何对其他类的引用，那么编写copy函数非常容易。
```
        class Transaction;
                bit[31:0] addr,crc,data[8];
             
              function Transaction copy;
                      copy=new();
                      copy.addr=addr;
                      copy.crc=crc;
                      copy.data=data;
              endfunction
            endclass
```
```
            Transaction src,dst;
              initial 
                   begin
                        src=new();
                       dst=src.copy;
                 end 
```
5.11.3 编写自己的深层次复制函数

你自己的copy函数需要确保所有用户域（id）保持一致。创建自定义copy函数的最后阶段需要在新增变量的同时更新它们。
```
        class Transaction;
                bit[31:0] addr,crc,data[8];
                 static int count=0;
                int id;
                Statistics stats;

              function new;
                      stats=new();
                      id=count++;
              endfunction
             
              function Transaction copy;
                      copy=new();
                      copy.addr=addr;
                      copy.crc=crc;
                      copy.data=data;
                      copy.stats=stats.copy();
                     id=count++;
              endfunction
          endclass
```
```
             Transaction src,dst;
              initial 
                   begin
                        src=new();    //id=0
                       dst=src.copy;  //id=1
                 end 
```
- 不仅复制了Transaction，而且复制了Statistics,不同的Transaction对应不同的Statistics。
5.12 使用流操作符从数组到打包对象，或者从打包对象到数组

按照需要编写自己的pack函数，仅打包你所选的成员变量。
```
            class Transaction;
                bit[31:0] addr,crc,data[8];
                 static int count=0;
                int id;
                
              function new;
                      id=count++;
              endfunction
             
              function void pack (ref byte bytes[40]);
                       bytes={>>{addr,crc,data}};
              endfunction

              function void unpack (ref byte bytes[40]);
                      {>>{addr,crc,data}}=bytes;
              endfunction
            endclass
```
```
          Transaction tr,tr2;
          byte b[40];

              initial 
                   begin
                        tr=new();  //创建对象并填满数据
                        tr.addr=32'h0;    //id=0
                       tr.crc=32'h0;  //id=1
                       foreach(tr.data[i])
                                 tr.data[i]=i;
                      tr.pack(b);
            
                      tr2.unpack(b);
                 end
```
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原文地址：https://www.cnblogs.com/xuqing125/p/9107614.html

第五章：面向对象编程基础

5.1概述

5.2类（class）

5.3 OOP术语

5.4 创建新对象

5.4.1 定制构造函数（constructor）

5.4.2 为对象创建一个句柄

5.4.3 对象的解除分配

5.4.4使用对象

5.5 静态变量和全局变量

5.5.1 简单的静态变量

5.5.2 通过类名访问静态变量

5.6 类的方法

5.7 在类之外定义方法

5.8 作用域规则

5.9 在一个类内使用另一个类

5.10 理解动态对象

5.10.1 将对象传递给方法

5.10.2 在程序中修改对象

5.10.2 句柄数组

5.11 对象的复制

5.11.1 使用new操作符复制一个对象

5.11.2 编写自己的简单复制函数

5.11.3 编写自己的深层次复制函数

5.12 使用流操作符从数组到打包对象，或者从打包对象到数组