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OOP
- OOP的文法介紹
-
- 繼承
- 多态
OOP的文法介紹
OOP的全稱為Object Oriented Programming, 即面向對象程式設計。SystemVerilog引入了一個面向對象的資料類型，對象是類的執行個體，類是對象的模闆。比如人是一個類，是一個模闆，裡面有吃飯睡覺說話等特性，然後男人女人老人小孩就是類的執行個體化對象。在SV中，這樣描述
P a；//P是定義的一個類，屬于一個資料類型，a屬于P的一個執行個體
int b；//int是一個資料類型，b屬于int的一個執行個體
類是一種資料類型， 它包含了資料以及對資料進行操作的子程式(函數和任務)。類的資料被稱為類屬性，它的子程式被稱為方法，無論是類屬性還是方法都是類的成員。類屬性和方法結合在一起，定義了某種類型的對象的内容和能力。
可以通過類來建立類的執行個體，類的執行個體稱為對象。對象可以動态地産生、删除(回收)、 指派、以及通過對象句柄通路。對象句柄為語言提供了一種安全的、類似于指針的機制。類提供了繼承和抽象模組化的能力，OPP有三大特性：封裝、繼承、多态
下例為一個類的定義，類中包含一些屬性和方法,類可以建立不同的執行個體，調用他們所需要的方法，其中有兩個類的方法。
class packet;//packet為類的名字
//資料或類屬性
bit [3:0] command;
bit [4:0] address;
integer status;
//初始化
function new();//new函數是sv本身有的，也叫構造函數 也可
//以帶參數，那麼建立對象的時候可以用，沒有就預設變量
command = IDLE;//賦預設初始值
address = 4'b0;
endfunction
//類的方法
//公共通路入口
task clean();
command = 0;
address = 0;
endtask
function integer current_status();
current_status = status;
endfunction
endclass
在上例子中，在使用一個類的時候，需要先聲明一個類型為該類的變量（為這個變量儲存一個對象句柄），然後使用new函數産生該類的一個對象。
Packet p;// 聲明一個為packet資料類型的變量,相當于即将要建立對象的指針
p = new;//，調用類裡面的構造函數進行初始化。将變量初始化成packet新配置設定的一個對象，開辟一個空間
變量p儲存了一個對象句柄（handle/類似于指針），該句柄指向了Packet類的一 個對象。預設情況下，未初始化的對象句柄被設定成一個特殊值null。比如c語言中int a；沒有指派情況下就是null。 我們可以通過将一個對象的句柄與null進行比較來确定對象是否已被初始化。可以通過p.* 通路對象裡面的類屬性或者方法。
packet p = new;
p.command = 0;//對類屬性的通路
p.address = $random;
status = p.current_status(); //對方法的通路
其中p為對象的handle，對對象的引用通過“.”的方式通路對象的屬性與方法，p相當于指針。
下例為對多個對象配置設定位址
packet t1, t2;
t1 = new;//首先開辟一個空間，初始化了對象，t1指針指向這個對象
t2 = t1;//t2指針也指向和t1一樣的對象，同種類型才可以這樣
t1 = new;//又開辟新的空間，t1指向新開空間的對象
packet t1；
t1 = new();//首先開辟一個空間，t1指向對象
t1 = new();//指向新的對象，之前的就沒有指針指向，會被回收，釋放記憶體
靜态變量
對于同一個類，例化不同對象，裡面的值的變化各不相關。有時我們需要共享所有對象裡面的一個類屬性或者方法。就要使用關鍵字static，稱為靜态變量。
class packet;
static integer a = $fopen("data","r");
endclass
packet p1,p2;
p1 = new;
p2 = new;
p2.a = 2;//等價于p1.a = 2
對靜态變量的通路
1.通過handle來通路，2通過類名來通路，即使該類沒有執行個體也可通過操作符 ::
class packet;
static int count = 0;
...
endclass
initial begin
$display("%d packet is apple", packet::count);
end
靜态方法
方法也可以被聲明成靜态的。它就像一個正常的子例程一樣可以在類的外部被調用，即使沒有該類的執行個體。
一個靜态方法不能通路非靜态的成員(類屬性和方法)，**但它可以直接通路靜态類屬性或調用同一個類的靜态方法。**在一個靜态方法體内部通路非靜态成員或通路特殊的this句柄是非法的，并且會導緻一個編譯錯誤。
靜态方法不能是虛拟的。
class packet;
static config,cfg;
static int count = 0;
int id;
static function void display_statics();
$display("packet cfg.mode = %s, count = %d",
cfg.mode,name(),count);
endfunction
config cfg;//類的執行個體 另外定義
initial begin
cfg = new(MODE_ON);
packet::cfg = cfg;//建立的對象賦給靜态的packet裡面的cfg
packet::display_statics()
end
在類外面定義方法
Systemverilog中，可以将類的方法的原型定義(方法名和參數)放在類的内部，而方法的程式體放在類的外部。通過關鍵字extern可以實作方法的聲明，然後通過作用域操作符::來表名這個函數作用于哪個類。
class packet;
extern function void display();
endclass
function void packet::display();
...
endfunction
this關鍵字
如果在類的深處，想要引用類一級的變量, 可以通過this關鍵字很友善的做到。this關鍵字被用來明确地弓|用目前執行個體的類屬性或類方法。
this關鍵字應使用在非靜态的類方法中，否則會釋出一個錯誤。
class packet;
string name;
function new(string name);
this.name = name;//這個指的就是上一級的name
endfunction
endclass
packet p1 = new(2);//等于那個string name等于2
在一個類中調用另外一個類：可以在一個類的内部，通過先定義另一個類的變量然後再function對另一個類進行new，然後還可以在這個類中通過handle通路另外的類，用“."通路。
對象的複制：下圖産生了一個變量p1,它儲存了一個 類型為Packet的類對象的句柄， 但p1的初始值為null。在Packet類型的一個執行個體被産生之前，對象并不存在，并且p1沒有包含一個真實的句柄。
通過new操作符，産生了一個對象，并且将p1指派給p2。那麼，此時仍然隻有一個對象，它可以使用p1或p2引用。
注意: new僅僅執行一次，是以隻産生了一個對象。
packet p1;
p1 = new;
packet p2;
p2 = p1;
通過new操作符拷貝對象
packet p1,p2;
p1 = new;
p2 = new p1;
最後一條語句使得new第二次執行，是以産生了一個新的對象p2,它的類屬性拷貝自p1。
這種方式的拷貝被稱作淺拷貝(shallow copy) 。所有的變量都被拷貝:整數、字元串、執行個體句柄等。然而其中包含的對象沒有被拷貝，拷貝的是它的句柄;與前面的例子一樣，産生了相同對象的兩個名字。(p1中包含的類不會拷貝，隻是拷貝了句柄)
類似于靜态變量，下圖後後面的對象的數值在兩個句柄裡面是一樣的
繼承
SystemVerilog支援單繼承，也就是說，每一個子類都由一 個單的父類繼承而來。繼承是面向對象程式設計的重要概念。
使用繼承可以定義子類型，在子類型中增加新的方法和資料。被繼承的類一般稱為基類或者父類 ,得到的新類一般稱為子類。
Systemverilog中使用extends來實作繼承。
class packet;
int addr, data;
function new();
endfunction
endclass
class ppp extends packet;//ppp繼承packet
string s;
function ppp get_next();
endfunction
endclass
例如:子類除了具有父類的屬性和方法外，還可以擴充自己的屬性和方法，例如本例中，子類ppp不僅具有父類的addr,data等屬性,還擴充了自己的方法get_ next。
super關鍵字在一個繼承内部使用，可以用來引用父類的成員變量。當父類和子類的變量命名不沖突時，在子類對父類的變量進行操作可以不用super關鍵字，如果沖突則需要。
class packet;
int a,b;
function new();
.
.
endfunction
endclass
////////////////////////////
class link_packet extends packet;
int c,d;
function new();
super.new();
//也可以調用方法，還是相同操作
endfunction
endclass
子類在執行個體化的時候會調用類方法new()。在函數中定義的任何代碼執行之前，new( )執行的一個動作需要調用其父類的new()方法，并且會沿着繼承樹按這種方式一直向上調用。是以，所有的構造函數都會按正确的順序調用，它們都是起始于根基類并結束于目前的類。如果父類的初始化方法需要參數，那麼會有兩種選擇:
1)總是提供相同的參數。
2)使用super關鍵字
function new();//更加通用
super.new(5);//必須是函數的第一條語句
endfunction
繼承的一些特性
1）資料隐藏
2）在SystemVerilog中,未被限定的類屬性和方法是public的,它們對通路對象名字的任何人都是有效的。即所有的類屬性和方法都毫無限制地在類外可見。
3）然而，有時我們希望通過隐藏類屬性和類方法來限制在類的外部通路他們，而且防止僅對類内部有效的類屬性被偶然地修改。是以需要對這些屬性和方法做隐藏。
4）Systemverilog通過local和protected關鍵字來實作資料的隐藏。
protected關鍵字
-一個被辨別成protected的類屬性或方法具有local成員的所有特性,但是它可以被繼承以及對子類可見。
class p;
protected int a;//可以被繼承，對子類可見
endclass
local關鍵字
一個被辨別成local的成員僅對類内的方法有效。而且這些本地成員在子類内是不可見得。以local來聲明某些member,這些member隻能被這個class使用，繼承的子類無法使用。當然，通路本地類屬性或方法的非本地方法可以被繼承，并且作為子類的方法它可以正确地工作。local類似C+ +的private。
class ppp;
local int i;
function int compare(ppp other);
compare = (this.i == other.i);//當子類繼承該父類，
//并且采用compare函數時候，可以通過this關鍵字對i進行通路
endfunction
endclass
繼承總結
繼承後的類可以實作以下功能:
子類繼承了父類的屬性和方法，并可以修改。可以添加新的屬性和方法。
在實作以上功能的同時需要滿足一定的規則:
子類可以重寫父類中的屬性和方法，如果一個方法被重寫，其必須保持和父類的原有定義一緻的參數
子類可以通過super操作符來引用父類中的方法和成員
被聲明為local的資料成員和方法隻能對自己可見，對外部和子類都不可見，對聲明為protected的資料成員和方法，對外部不可見，對自身和子類可見
多态
抽象類
我們可以産生一組類,它們可以看作是來源于一個共用的父類。此父類隻定義公共的模型，并不會執行個體化，這樣的類我們定義成抽象的類，virtual class，抽象類不能執行個體化。
虛方法
虛方法是基本的多态構造，通過關鍵字virtual來實作。子類中的虛拟方法重寫應具有與父類比對的參數類型，相同的參數名稱,相同的限定符以及與原型相同的方向。
OOP多态
先看一個例子
class packet;
int i;
function int get();
get = i;
endfunction
endclass
class ppp extends packet;
int i = 2;
function int get();
get = -i;
endfunction
endclass
ppp lp = new;
packet p = lp;
j=p.i;//j=1
j=p.get();//j = 1
建立ppp類的對象稱為lp，将lp指派給packet的handle p，通過p調用get（）。子類的指針不可以指向父類，父類指針可以指向子類。
Virtual
Systemverilog中多态通過virtual關鍵字來實作，多态性使得父類中的一個變量 （變量就是lp或者p）能夠儲存子類對象，并且能夠直接從父類變量中引用這些子類的方法。
多态性如下:
如果方法不是virtual方法，則調用此方法時，由handle的類型來決定調用哪個方法。（上面例子不是virtual方法，handle p的類型是父類）
如果方法是virtual方法,則調用方法時，由object的類型來決定調用哪個方法。
class packet;
int i;
virtual function int get();
get = i;
endfunction
endclass
class ppp extends packet;
int i = 2;
virtual function int get();
get = -i;
endfunction
endclass
ppp lp = new;
packet p = lp;//父類句柄指向子類對象
j=p.i;//j=2
j=p.get();//j = -2
實作多态1）方法的重寫，2）有無virtual關鍵字 3）句柄的複制
補充知識
上圖的p和lp是關于對象的一個引用，p和lp是一個handle（句柄）/指針。那些對象指的是object。
強制類型轉換
将一個子類變量指派給層次樹中較高的父類變量是合法的。将一個父類變量直接指派給一 個子變量則是非法的。（上面例子）
如果父類句柄引用了指定子類的句柄(即父類已經指向了子類)，那麼将一個父類句柄指派給一個子類變量則是合法的。就是雖然這個句柄的類型是父類。但是指向的對象類型是子類
為了檢查指派是否合法，需要使用動态強制類型轉換函數$cast,文法如下:
$cast(dest_handle,source_handle);
常量類屬性
類屬性可以通過const限定符聲明為隻讀的。由于類屬性是動态的對象,類屬性允許有兩種形式的隻讀變量:全局常量和執行個體常量。
全局常量類屬性是那些在聲明中包含了初始值得常量類屬性。它們與其它的const變量類似，也就是它們不能在除聲明之外的其它地方指派。
執行個體常量在聲明中不包含初始值，僅包含const限定符。這種類型的常量可以在運作時賦一個值,但指派隻能在對應的類構造器(new函數)中完成一次。
典型情況下，全局常量還能被聲明成static,因為它們對于類的所有執行個體是共享的。然而，一個執行個體常量不能聲明成static,因為它們在構造器不接受所有的指派。
參數化的類
如果定義一個基本類，它的對象在執行個體化的時候可以具有不同的數組尺寸或資料類型，這種功能通常很有用，可以使用參數化的類來實作。普通的Verilog參數機制可以用來參數化一個類, 例如:
class vector #(int size = 1);
bit [size-1:0] a;
endclass
vector #(10) vten;
vector #(.size(2)) vtwo;
typedef vector#(4) vfour;
參數話一個類,也可以将資料類型作為參數，如下例定義了一個基本的stack類,它可以使用任意的資料類型執行個體化:
任何類型都可以作為參數，包括使用者定義的類型
class stack #(type T = int);//初始為int型
local T item[];
endclass
stack is;
stack #(bit[1:10]) bs;
stack #(real) rs;
typedef類
有時一個類變量需要在類本身被聲明之前聲明。
例如，如果兩個類中的每一個類都需要另外一 個類的句柄。 在編譯器處理第一個類的聲明期間,編譯器遇到了第二個類的引用，而這個弓|用是未定義的，是以編譯器會将它标記為一個錯誤。
通過typedef可以解決此問題，為第二個類提供提前聲明，例如:
typedef class C2;//C2聲明為class類型
class C1;
C2 c;
endclass
class C2;
C1 c;
endclass
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