SystemVerilog语言中的Upcasting和Downcasting概念解析

要想理解清楚SystemVerilog语言中的Upcasting和Downcasting概念，最好的方式从内存分配的角度理解。

class “e”扩展自class “c”，class “c”又继承自class “a”。同时，class “b”扩展自class “a.”

如果我们执行了下面的代码：

 a a1; //base class variable
 e e1;
 e1 = new;
 a1 = e1; //assigning extended object handle 'e1' to base class variable 'a1'

当我们实例化'e1 = new()'时，同时我们实例化了class e, class c和class a。

将扩展对象句柄“e1”赋值给基类句柄a1，就是一个“upcast”。

这意味着，如果你此时你访问“a1.i”，实际上访问到的就是上面class a所占用的内存空间。

换句话说，“a1.i”、“c1.i”和“e1.i”实际上是不同的内容。

SystemVerilog支持Upcasting，即将扩展类句柄直接赋值给基类句柄。

 a a1;
 e e1;
 a1 = new;
 e1 = a1; //ILLEGAL

在上面的例子中，我们实例化了对象a1,此时会为对象a1分配内存空间，但是此时并没有为对象c1和对象e1分配内存空间。

所以，如果此时我们赋值“e1 = a1”是不允许的，因为e1并没有一个合适的物理空间去指向。

这种就是downcasting的概念，只能通过$cast()进行检查之后（如果a1确实指向了一个足够的内存空间e1就可以赋值）才能完成赋值。

$cast(e1,a1); //dynamic casting

首先看一个将子类句柄赋值给父类的示例:

class p_class;
bit [31:0] p_Var;
function void display();
$display("p_Var = %0d",p_Var);
endfunction
endclass

class c_class extends p_class;
bit [31:0] c_Var;

function void display( );
super.display( );
$display("c_Var = %0d",c_Var);
endfunction
endclass

module top;
initial begin
p_class p;
c_class c = new( );
c.p_Var = 10;
c.c_Var = 20;
//assigning child class handle to parent class variable
p = c;
c.display( );
end
endmodule

在这个例子中，我们声明了一个父类“p_class”和其扩展类“c_class.”

然后赋值c_class中的属性 c.p_Var和c.c_Var，最后进行upcasting，打印信息如下：

p_Var = 10
c_Var = 20
 V C S S i m u l a t i o n R e p o r t

因为我们在实例化c_class时，同样为其父类p_class分配了内存空间。

相反，如果我们将父类句柄赋值给子类句柄

c = p

会得到一个编译错误

Error-[SV-ICA] Illegal class assignment
testbench.sv, 32
"c = p;"
Expression 'p' on rhs is not a class or a compatible class and hence cannot
be assigned to a class handle on lhs.
Please make sure that the lhs and rhs expressions are compatible.

我们再看一个upcast的示例：

class animals;
 string color = "white";
 function void disp;
 $display("color = %s", color);
 endfunction
 endclass
 
 class bufalo extends animals;
 string color = "black";
 function void disp;
 $display("color = %s", color);
 endfunction
 endclass
 
 program tb;
 initial begin
 animals p;
 bufalo c;
 c = new( ); //allocate memory for c
 //this will allocate memory for both 'c' and 'p'
 p = c; //upcasting
 p.disp;
 c.disp;
 end
 endprogram

仿真log:

color = white
color = black

$fnish at simulation time 0
 V C S S i m u l a t i o n R e p o r t

在上面的例子中，虽然我们只是实例化了扩展类bufalo，但是同时也为父类animals分配的内存空间，所以打印了

color = white
color = black

审核编辑：刘清