论 sv中$cast() 和 virtual 方法的用法

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于 2024-11-22 16:56:18 发布

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文章标签：前端开发语言

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在SystemVerilog中，$cast() 和 virtual 是两个完全不同的概念和用途，下面分别介绍它们的用法以及差异：

1. `$cast()` 的用法

$cast() 是SystemVerilog中的一个系统任务，用于在运行时进行类型转换（casting）。它的主要作用是安全地将一个变量或对象转换为另一种兼容的类型，尤其在动态对象中非常有用。

语法

int i;
byte b;
$cast(b, i); // 将 int 类型的 i 转换为 byte 类型，并赋值给 b

用法场景

动态对象类型转换： 在类继承结构中，子类对象可以通过 $cast() 转换为父类，或反之（若类型兼容）。

class Parent;
    virtual function void display();
        $display("Parent display");
    endfunction 
endclass

class Child extends Parent;
    function void display();
        $display("Child display");
    endfunction
endclass

Parent p;
Child c = new();

$cast(p, c); // 将子类对象转换为父类类型
if ($cast(c, p)) begin
    // 只有 p 实际上是 Child 类型时，才会成功
    $display("Cast successful!");
end

检查类型安全： $cast() 会在运行时检查类型是否兼容，不兼容时返回 0，不会抛出异常，程序可继续运行。
数组或结构类型转换： 用于将数组或结构从一种兼容类型转换为另一种。

优点

类型检查安全。
运行时灵活，避免程序崩溃。
在动态对象和复杂数据结构处理中尤为重要。

注意事项

如果转换失败（例如类型不兼容），目标变量的值不会改变。
与 C++ 的 dynamic_cast 类似，但更简单。

2. `virtual` 的用法

virtual 关键字用于支持面向对象编程（OOP），主要与类的继承、接口和多态机制相关。

用法场景

虚函数（Virtual Function）： 允许子类覆盖父类中的方法，实现动态绑定（运行时多态）。

class Parent;
    virtual function void display();
        $display("Parent display");
    endfunction
endclass

class Child extends Parent;
    function void display();
        $display("Child display");
    endfunction
endclass

Parent p = new();
Child c = new();

p = c; // 子类对象赋值给父类引用
p.display(); // 输出: Child display (动态绑定)

虚接口（Virtual Interface）： 在测试环境中，用于将模块连接到类中，从而实现灵活的接口绑定。

interface intf;
    logic clk, reset;
endinterface

class Env;
    virtual intf vif; // 虚接口
    function new(virtual intf vif);
        this.vif = vif;
    endfunction
endclass

module top;
    intf i();
    Env e = new(i); // 将接口实例绑定到虚接口
endmodule

虚类（Virtual Class）： 用于定义抽象基类，不能直接实例化，需通过继承实现。

virtual class Base;
    virtual function void display();
    endfunction
endclass

class Derived extends Base;
    function void display();
        $display("Derived display");
    endfunction
endclass

优点

支持多态，提升代码复用性。
与测试平台（UVM）结合使用，实现模块化和抽象化。

注意事项

虚函数必须在子类中实现，未实现的父类会被视为抽象类。
虚接口需要先绑定具体实例，否则会导致运行时错误。

3. `$cast()` 与 `virtual` 的区别

属性	`$cast()`	`virtual`
用途	类型转换，动态检查兼容性	实现继承、多态、动态绑定
运行时行为	检查类型兼容性，转换失败时不会崩溃	动态绑定方法或接口
应用场景	类型转换、对象赋值、结构转换	OOP 编程、虚函数、虚接口、虚类
错误处理	转换失败时返回 `0`，目标变量不改变	未正确绑定虚接口或未实现虚方法会出错
适用范围	数据类型（对象、数组、结构等）	类和接口的继承体系

总结来说，$cast() 是一种类型转换机制，而 virtual 是面向对象特性的核心关键字。两者可以结合使用，特别是在测试平台中，利用虚接口和类型转换实现灵活的架构设计。

以上来源于chatgpt

个人理解

问题引入：解决一个问题，如何通过父类句柄去调用子类的成员变量和方法

关于父类和子类之间的关系：引入一个例子，动物和狗，动物是父类，狗来源于动物，狗是子类，现在有两个赋值 “动物 = 狗” 和 “狗 = 动物”这里第一个赋值表达式是正确的第二个赋值表达式暂时是不支持的，但是，在一定的情况下是允许的。这里将动物和狗替换为子类和父类之间的概念就是父类 = 子类是允许的子类 = 父类是不允许的。

关键点：在调用成员变量和方法的时候通过句柄调用的时候，使用的谁的句柄就是调用的谁的成员变量或者是方法，那么如何去实现使用父类的句柄去调用子类的成员变量或者是方法，可能会有点疑问为什么非要通过父类的句柄去调用子类的成员变量和方法，直接使用子类的成员变量或者是方法不行吗？实际上m_sequencer和p_sequencer的存在也是由于这里的原因。

代码

这里子类父类都实例化之后，通过p.display()和c.display()得到的输出是什么？毫无疑问这里的输出就是各自对应的display()函数的输出内容。

如果变成下面这样多一段代码 p = c，也就是把子类赋值给父类之后呢？得到的输出又是什么？一样的，毫无疑问还是各自的display()函数的输出内容。为什么呢？因为上面提到过，通过句柄调用那就是谁的句柄就调用谁的成员变量或者是方法。而这里的 p = c仅仅只是把子类赋值给父类，但是子类的句柄仍然是子类的句柄，父类的句柄仍然是父类的句柄，句柄的类型并没有发生变化。

那么在加一段代码在 p = c 之后加上$cast(c,p)之后再使用通过p.display()和c.display()得到的输出是什么？那么现在得到的输出都是子类的display()函数的输出内容。现在到这里就实现了父类句柄调用子类的对象了。$cast(c,p)这里这段代码就是实现了父类句柄类型转化为了子类的句柄类型，既然父类的句柄转化为了子类的句柄类型了，那么使用父类的句柄，实际上使用的就是子类的句柄了。

但是值的注意的是，转化不一定随时都成功，必须要在转化之前完成父类=子类的操作，就是要将子类赋值给父类，也就是p = c的操作，如果没有这个的这个操作，转化就会失败，那么也就不存在调用了。因为检查类型安全： $cast() 会在运行时检查类型是否兼容。p= c之后二者类型兼容，转化成功。

回顾上面的问题，有没有简单的解决办法，去实现相同的功能。有的，也就是virtual 了，在定义方法的时候声明为virtual类型之后就可以简化这个过程。

代码