class基础+继承的专项训练

NamoAmitabha1282026-09-13 12:06

训练一：最简单的class（热身）

题目

定义一个类 Counter，要求：

  • 有一个成员变量 int count。

  • 构造函数 new() 把 count 初始化为0。

  • 有一个方法 increment()，每次调用让 count 加1。

  • 有一个方法 show()，打印当前 count 值。

在 initial 里创建对象，调用 increment() 3次，然后 show()，期望输出 count=3。

你自己写（先别看下面）

systemverilog

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// 在这里写你的代码

参考答案

systemverilog

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class Counter;
  int count;

  function new();
    count = 0;
  endfunction

  function void increment();
    count = count + 1;
  endfunction

  function void show();
    $display("count=%0d", count);
  endfunction
endclass

module tb;
  initial begin
    Counter c;
    c = new();       // 必须new！
    c.increment();
    c.increment();
    c.increment();
    c.show();        // 输出 count=3
  end
endmodule

老师点评

  • 这是最基础的封装：数据(count) + 操作(increment/show) 打包在一起。

  • UVM对应 ：UVM里所有组件都是这样，比如uvm_driver里有seq_item_port（数据）和run_phase（操作）。

  • 小白坑 ：Counter c; 后忘了 c = new();，仿真直接报null。

训练二：带参数的构造函数

题目

定义一个类 Student，要求：

  • 成员变量 string name 和 int age。

  • 构造函数 new(string n, int a)，把name和age赋值。

  • 方法 show() 打印 name is X years old。

创建两个对象：("Tom", 20) 和 ("Jerry", 22)，分别show。

参考答案

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class Student;
  string name;
  int age;

  function new(string n, int a);
    name = n;
    age = a;
  endfunction

  function void show();
    $display("%s is %0d years old", name, age);
  endfunction
endclass

module tb;
  initial begin
    Student s1 = new("Tom", 20);
    Student s2 = new("Jerry", 22);
    s1.show();
    s2.show();
  end
endmodule

老师点评

  • 构造函数可以带参数，也可以重载（不同参数列表）。

  • UVM对应 ：uvm_component的构造函数固定是 new(string name, uvm_component parent)，你必须写这两个参数，UVM框架自动传入。

  • 记住这个格式，写UVM组件时无脑套：

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    function new(string name = "my_comp", uvm_component parent = null);
  super.new(name, parent);
endfunction

训练三：继承入门（extends + super）

题目

  1. 定义父类 Animal：

    • 成员 string name。

    • 构造函数 new(string n)，赋值name。

    • 方法 speak()，打印 Animal X makes a sound。

  2. 定义子类 Dog extends Animal：

    • 构造函数 new(string n)，调用父类构造函数。

    • 重写 speak()，打印 Dog X says Woof。

  3. 定义子类 Cat extends Animal：

    • 构造函数 new(string n)。

    • 重写 speak()，打印 Cat X says Meow。

创建 Dog("WangCai") 和 Cat("Mimi")，分别speak。

参考答案

systemverilog

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class Animal;
  string name;

  function new(string n);
    name = n;
  endfunction

  virtual function void speak();
    $display("Animal %s makes a sound", name);
  endfunction
endclass

class Dog extends Animal;
  function new(string n);
    super.new(n);       // 调用父类构造函数
  endfunction

  virtual function void speak();
    $display("Dog %s says Woof", name);
  endfunction
endclass

class Cat extends Animal;
  function new(string n);
    super.new(n);
  endfunction

  virtual function void speak();
    $display("Cat %s says Meow", name);
  endfunction
endclass

module tb;
  initial begin
    Dog d = new("WangCai");
    Cat c = new("Mimi");
    d.speak();   // Dog WangCai says Woof
    c.speak();   // Cat Mimi says Meow
  end
endmodule

老师点评

  • 三要素 ：extends（继承）、super.new()（调父类构造）、virtual（可重写）。

  • UVM对应 ：这就是UVM工厂机制的本质！uvm_driver extends uvm_component，my_driver extends uvm_driver，层层继承。

  • 小白坑1 ：忘了 super.new(n)，父类的name不会被初始化。

  • 小白坑2 ：virtual忘了加，子类的speak不会生效（后面训练五会演示）。

训练四：多态（父类句柄指向子类对象）

题目

用训练三的Animal/Dog/Cat，写下面的代码，先猜输出，再跑：

systemverilog

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module tb;
  initial begin
    Animal a;
    Dog d = new("WangCai");
    Cat c = new("Mimi");

    a = d;
    a.speak();    // 输出？？

    a = c;
    a.speak();    // 输出？？
  end
endmodule

答案

text

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Dog WangCai says Woof
Cat Mimi says Meow

老师点评

  • 这就是多态 ：父类句柄a运行时才知道指向Dog还是Cat，调用的是子类重写的方法。

  • 前提 ：父类方法必须是virtual，否则调用的是父类的speak。

  • UVM对应 ：工厂覆盖（factory override）就靠多态。你把my_driver换成err_driver，UVM用父类句柄创建，实际得到err_driver的行为。

  • 这就是UVM最核心的魔法！ 一定要理解。

训练五：故意不加virtual，看会发生什么（反例）

题目

把训练三的Animal.speak()的virtual去掉，其他不变，跑训练四的代码，看输出。

答案

text

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Animal WangCai makes a sound
Animal Mimi makes a sound

老师点评

  • 没加virtual，多态失效！ 父类句柄调用的是父类方法。

  • 这就是为什么UVM里所有方法几乎都带virtual。

  • 死记：要被子类重写的方法，必须加virtual。

训练六：子类扩展父类（加新成员）

题目

  1. 父类 Shape：

    • 成员 string color。

    • 构造函数 new(string c)。

    • 方法 area() 返回 real，打印"Shape area unknown"，返回0。

  2. 子类 Rectangle extends Shape：

    • 新增成员 real width, height。

    • 构造函数 new(string c, real w, real h)，先调super.new(c)，再赋值width/height。

    • 重写 area()，返回 width * height。

  3. 子类 Circle extends Shape：

    • 新增成员 real radius。

    • 构造函数 new(string c, real r)。

    • 重写 area()，返回 3.14159 * radius * radius。

创建 Rectangle("red", 3.0, 4.0) 和 Circle("blue", 2.0)，打印各自area，期望12.0和12.566。

参考答案

systemverilog

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class Shape;
  string color;
  function new(string c);
    color = c;
  endfunction
  virtual function real area();
    $display("Shape area unknown");
    return 0;
  endfunction
endclass

class Rectangle extends Shape;
  real width, height;
  function new(string c, real w, real h);
    super.new(c);
    width = w;
    height = h;
  endfunction
  virtual function real area();
    return width * height;
  endfunction
endclass

class Circle extends Shape;
  real radius;
  function new(string c, real r);
    super.new(c);
    radius = r;
  endfunction
  virtual function real area();
    return 3.14159 * radius * radius;
  endfunction
endclass

module tb;
  initial begin
    Rectangle r = new("red", 3.0, 4.0);
    Circle c = new("blue", 2.0);
    $display("Rectangle area = %0.2f", r.area());  // 12.00
    $display("Circle area = %0.2f", c.area());     // 12.57
  end
endmodule

老师点评

  • 子类可以在父类基础上加新成员 （width/height/radius），这叫扩展。

  • UVM对应 ：my_transaction extends uvm_sequence_item，你会加rand字段；my_driver extends uvm_driver #(my_transaction)，你会加virtual interface。

  • 记住顺序：先super.new()，再初始化自己的成员。

训练七（综合大作业）：模拟UVM的component树

题目

模仿UVM的层次结构，写三个类：

  1. Component（基类）：

    • 成员 string name，Component parent。

    • 构造函数 new(string n, Component p)。

    • virtual function void show()：打印自己的name。

  2. Driver extends Component：

    • 构造函数 new(string n, Component p)，调super。

    • 重写 show()：打印 Driver: X。

  3. Monitor extends Component：

    • 构造函数同上。

    • 重写 show()：打印 Monitor: X。

在tb里：

systemverilog

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Component env = new("env", null);
Driver drv = new("drv", env);
Monitor mon = new("mon", env);
drv.show();
mon.show();

期望输出：

text

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Driver: drv
Monitor: mon

参考答案

systemverilog

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class Component;
  string name;
  Component parent;
  function new(string n, Component p);
    name = n;
    parent = p;
  endfunction
  virtual function void show();
    $display("Component: %s", name);
  endfunction
endclass

class Driver extends Component;
  function new(string n, Component p);
    super.new(n, p);
  endfunction
  virtual function void show();
    $display("Driver: %s", name);
  endfunction
endclass

class Monitor extends Component;
  function new(string n, Component p);
    super.new(n, p);
  endfunction
  virtual function void show();
    $display("Monitor: %s", name);
  endfunction
endclass

module tb;
  initial begin
    Component env = new("env", null);
    Driver drv = new("drv", env);
    Monitor mon = new("mon", env);
    drv.show();
    mon.show();
  end
endmodule

老师点评

  • 这个结构就是UVM的component树 ！env是父，drv/mon是子。

  • UVM里 new(string name, uvm_component parent) 的两个参数，正是来自这里。

  • 一旦你理解这个，uvm_component的构造函数、build_phase的层次调用，全都通了。

训练八（进阶）：理解UVM工厂的本质

题目

不改tb代码，只改一处，让 Driver 被创建时实际得到 ErrDriver。

提示：用父类句柄 + 工厂函数 。写一个函数 Component create_driver(string n, Component p)，在函数里根据某个标志返回Driver或ErrDriver。

systemverilog

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class ErrDriver extends Component;
  function new(string n, Component p);
    super.new(n, p);
  endfunction
  virtual function void show();
    $display("ErrDriver: %s", name);
  endfunction
endclass

参考答案

systemverilog

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复制代码 
class Factory;
  static bit use_err = 0;

  static function Component create_driver(string n, Component p);
    if (use_err)
      return new ErrDriver(n, p);
    else
      return new Driver(n, p);
  endfunction
endclass

module tb;
  initial begin
    Component env = new("env", null);
    Component drv;

    Factory::use_err = 0;
    drv = Factory::create_driver("drv", env);
    drv.show();   // Driver: drv

    Factory::use_err = 1;
    drv = Factory::create_driver("drv", env);
    drv.show();   // ErrDriver: drv
  end
endmodule

老师点评

  • 这就是UVM工厂机制的简化版 ！UVM通过type_id::create()和set_type_override实现同样的事。

  • 关键点：

    1. static 函数/变量属于类本身，不用new就能用。

    2. 返回值类型是父类Component，实际返回子类对象（多态）。

    3. 用标志决定创建哪个子类。

  • 学到这里，你就懂了UVM工厂的灵魂。

训练总结与自测表

做完上面8题，用下表自测，全部打勾才算过关：

技能 会 不会
定义class、成员变量、方法 ☐ ☐
用new创建对象 ☐ ☐
带参数的构造函数 ☐ ☐
extends继承 ☐ ☐
super.new()调父类构造 ☐ ☐
virtual方法重写 ☐ ☐
父类句柄指向子类对象（多态） ☐ ☐
子类新增成员 ☐ ☐
理解工厂本质 ☐ ☐
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