SV——面向对象编程基础

1、OOP术语

a.类(class)：包含变量和子程序(函数或者任务)的基本构建块。Verilog中与之对应的是模块（module）。

b.对象(object)：类的一个实例。在Verilog中，你需要实例化一个模块才能使用它。

c.句柄(handle)：指向对象的指针。在Verilog中，你通过实例名在模块外部引用信号和方法。一个OOP句柄就像一个对象的地址，但是它保存在一个只能指向单一数据类型的指针中。

d.属性(property)：存储数据变量。在Verilog中，就是寄存器（reg）或线网（wire）类型的信号。

e.方法(method)：任务或者函数中操作变量的程序性代码。Verilog模块除了initial和always块以外，还含有任务和函数。

f.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。

类是对象的一个模板，其内部定义了数据和方法。对象是类的一个例化和实现。

注：《SystemVerilog验证 测试平台编写指南》中使用 变量(variable) 和 程序(routine)，而没有使用OOP中的属性(property)和方法(method)。

2、用户使用对象的三个步骤

a.定义类：

class packet;
...
endclass:packet

b.在module、class、function、task等地方声明对象：

packet my_packet;    //声明一个句柄
packet packet_array[32];

对象标识符(my_packet/packet_array)是例化该对象的句柄(指向对象的指针)。当该对象被创建的时候，该句柄有效，默认情况下句柄将为空(null)。

c.通过构造函数new创建对象的例化

通过new这个构造函数给对象分配内存空间，并且把入口地址赋给对象的句柄：

my_packet=new(168);        //为一个packet对象分配空间

例1 简单的Transaction类

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

3、在哪里定义类？

program、module、package中，或者在这些块之外的任何地方。

例2 Class in a package

//File abc.svh
package abc;
calss Transaction;
//Class body
endclass
endpackage

例3 Importing a package in program

program automatic test;
import abc::*;
Transaction tr;
//Test code
    
endprogram

sv中，激励对象不断的被创建并且用来驱动DUT，检查结果。最后这些对象所占用的内存可以被释放，以供新的对象使用。

例4 声明和使用一个句柄

Transaction tr;    //声明一个句柄
tr=new();     //为 Transaction对象分配空间 

注：
1、调用new函数例化一个对象，即在为该对象申请一个新的内存块来保存对象的变量。
2、new除了分配内存外，还初始化变量。default 二值变量为0，四值变量为X。
3、new函数不能有返回值，因为构造函数是返回一个指向类的对象的句柄，其类型就是类本身。

例5.4 简单的用户定义的new()函数

class Transaction;
    logic [31:0] addr,crc,data[8];
    function new;
        addr = 3;        //固定值
        data= '{default:5};        //crc未定义，初始化位默认值为X
    endfunction
endclass

例5 一个带有参数的new函数

class Transaction;
    logic [31:0] addr,crc,data[8]; 
    function new(logic [31:0] a=3,d=5);
        addr = a;
        data = '{default:5};//crc未定义，默认值为X
    endfunction
endclass
 
initial begin
    Transaction tr;
     tr = new(.a(10));//a=10,d uses default of 5 tr=new(10);
end

sv调用哪个new()函数，取决于赋值操作符左边的句柄类型。tr是 Transaction的句柄，索引会调用 Transaction的new函数。

例6 调用正确的new函数

class Transaction;
    logic [31:0] addr,csm,data[8];
endclass:Transaction

class Driver;
    Transaction tr;
    function new();//Driver's new function
        tr = new();//Call the Transaction new function
    endfunction
endclass:Driver

4、new()和new[]的区别

调用new()函数仅创建了一个对象，而new[]操作则建立一个含有多个元素的数组。

new()可以使用参数设置对象的值，而new[]只需使用一个数值来设置数组的大小。

通过声明一个句柄来创建一个对象

例7 为多个对象分配地址

Transaction t1,t2;//声明两个句柄
t1=new();    //为第1个Transaction对象分配地址
t2=t1;    　　//t1和t2都指向该对象
t1=new();    //为第2个Transaction对象分配地址

注：最后t2指向第一次分配的对象，t1指向第二次分配的对象。

5、对象的解除分配(deallocation)

垃圾回收就是一种自动释放不再被引用的对象的过程。sv分辨对象不再被引用的办法就是记住指向它的句柄的数量，当最后一个句柄不再引用某个对象了，sv就释放该对象的空间。

例8 创建多个对象

Transaction t;//创建一个句柄
t=new();    //分配一个新的 Transaction
t=new();    //分配第二个，并且释放第一个t
t=null;     //解除分配第二个

对对象使用“.”符号来引用变量和子程。

直接访问变量会限制以后对代码的修改，因此OOP规定只能通过对象的公有方法访问对象的变量。

例9 使用对象的变量和子程序

Transaction t;    //声明一个 Transaction句柄
t=new();    //创建一个 Transaction对象
t.addr=32'h42;    //设置变量的值
t.display();    //调用一个子程序

i++和++i区别：
i++：先引用后增加，先在i所在的表达式中使用i的当前值，后让i加1。
++i：先增加后引用，先让i加1，然后在i所在的表达式中使用i的新值。

6、静态属性与方法

6.1 简单的静态变量

1、每一个类的例化(也就是一个对象)都拥有它自身每个变量的复制，因此OOP规定只能通过对象的公有方法访问对象的变量。

2、对象1：变量1，变量2…
     对象2：变量1，变量2…
对象1 和 对象2 自身成员变量不和其他对象共享。

3、类的静态属性是存在类中的，而不是在每个类的对象中，在类中，使用静态static方式声明的属性可以被多个对象共享。

例10 含有一个静态变量的类

class Transaction;
    static int count=0;    //已创建的对象的数目
    int id;    //实例的唯一标志
    function new();
        id=count++;    //设置标志，count递增
    endfunction
endclass
 
Transaction t1,t2;
initial begin
    t1=new();    //第一个实例，id=0,count=1
    t2=new();    //第二个实例，id=1,count=2
    $display("Second id=%d,count=%d",t2.id,t2.count); //使用句柄来引用静态变量
end

6.2 例10使用了句柄来引用静态变量，也可以直接使用类名加上::，即类作用操作符。

例11 类的作用域操作符 ::

class Transaction;
    static int count=0;    //创建的对象数
    ...
endclass

initial begin
    run_test();
    $display("%d transaction were creat",Transaction::count);//引用静态句柄
end

6.3 静态变量的初始化

静态变量通常在声明时初始化，不能简单的在类的构造函数中初始化静态变量，因为每一个新的对象都会调用构造函数。

7、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function。

例12 为类Transaction和PCI_Tran定义了display()方法。System Verilog会根据句柄的类型调用正确的display()方法。

例12 类中的方法

class Transaction;
    bit [31:0] addr,crc,data[8];
    function void display();
    $display("@%0t:TR addr=%h,crc=%h",$time,addr,crc);
    $write("\tdata[0-7]=");
    foreach(data[i]) $write(data[i]);
    $display();
    endfunction
endclass

class PCI_Tran;
    bit [31:0] addr,data;
    function void display();
    $display("@%0t:PCI:addr=%h,data=%h",$time,addr,data);
    endfunction
endclass

Transaction t;
PCI_Tran pc;

initial begin
    t=new();//创建一个 Transaction对象
    t.display();//调用 Transaction的方法
    pc=new();//创建一个PCI事务
    pc.display();//调用PCI事务的方法
end

类中的方法默认使用自动存储，所以你不必担心忘记使用automatic修饰符。

8、在类之外定义方法

块外方法声明：

在开始处添加关键字extern,将整个方法移至类定义后面，并在方法名前面加上类名和::作用域操作符。

class Transaction;
    bit [31:0] addr,crc,data[8];
    extern function void display();
endclass
 
function void Transaction::display();
    $display("@%0t:TR addr=%h,crc=%h",$time,addr,crc);
    $write("\tdata[0-7]=");
    foreach(data[i]) $write(data[i]);
    $display();
endfunction

class PCI_Tran;
    bit[31:0] addr,data;//使用实名
    extern function void display();
endclass

function void PCI_Tran::display();
    $display(@%0t:PCI:addr=%h,data=%h,$time,addr,data);
endfunction