SystemVerilog中至关重要的结构体和自定义类型

在上一篇文章《SystemVerilog中至关重要的的数据类型》中，介绍了枚举类型的本质和使用语法。本文接着介绍SV中同样不可忽略的结构体（structure）和自定义类型（typedef），最后也会给出一小段涵盖绝大部分语法点的例程。个人觉得编程语言的熟练掌握更多在平时练习和思考，语法忘掉了随时可以查阅。

认识结构体

结构体（structure）是一种可以包含不同数据类型元素的集合类型。这一点跟数组、队列等集合类型是不一样的，数组和队列只能包含相同数据类型的元素。结构体在引用的时候，可以对这些元素进行整体引用，也可以通过元素名称来对元素进行单独引用。

基于这个特性，结构体通常可以用来表征一个包含了诸多不同类型属性的对象。比如，当我们想要表征一个人的所有属性的时候，名字元素可以用string类型，年龄元素可以用int类型，存款元素可以用real类型等等，最后可以通过对整体引用来获得一个人的所有属性，也可以通过元素名称来获得单个属性。

另一个栗子，可以使用结构体来定义某个寄存器的结构。在结构体类型定义的时候，我们可以在内部使用logic [n:m]等基本数据类型来定义寄存器的不同域段。这样一来，我们不但可以对寄存器进行整体引用，又可以使用元素名来很方便地读写寄存器的各个域段。

讲完结构体的逻辑结构，下面来看看结构体的物理结构。

在内存存储一个结构体的时候，SV提供了packed关键字用来区分合并(packed)和非合并(unpacked)存储方式。“合并”这个概念在另一篇文章中也有涉及。合并的结构体，其元素会被无间隙的存放到一块连续的内存空间上。而非合并的结构体，其物理结构一般依赖于C编译器。SV默认是非合并的，这是为了提高内存空间的利用率，如果用户想要用合并的，需要在struct关键字后面加上packed。

合并的结构体是有不少用处的。第一，合并结构体的整体可以被当成一个向量来看待，这样一来，合并结构体的赋值、读取和数值计算上多了灵活性；第二，合并结构体可以通过在packed关键字后面加signed/unsigned来指定为有无符号类型，排在第一个位置的元素最高位为符号位，相比之下，非合并的结构体是不能被指定为有符号类型的。

结构体的使用

SV结构体的特性跟C语言基本一致，但在语法上有差别。比如在C语言中，定义一个结构体类型，是在struct关键字后面加上structure tag名来作为类型名称；而在SV中，统一使用typedef来定义结构体类型名称。

这里穿插介绍一下typedef。typedef是SV中提供用来重定义类型名的关键字，一般也叫做用户自定义类型。其最大的好处就是可以将一些“又臭又长”的类型定义成简短的类型名，特别是在一些复杂的testbench中会经常遇到。使用typedef可以提高编程效率，也可以通过新的类型名来提高代码的可读性。

看看代码吧

下面代码和注释总结了结构体的使用方法，个人觉得掌握例程中的内容对工作来说已经完全足够啦，但例程同样没有经过编译哈。

参考文献

[1] IEEE Standard Association. "IEEE Standard for SystemVerilog-Unified Hardware Design, Specification, and Verification Language." (2013).