IC验证er一起学点设计模式（1）---单例模式

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说两句大背景

众所周知，目前IC验证行业使用最主流的语言是SystemVerilog，这个语言有一个重要特点就是它是面向对象的语言。对于面向对象的语言，想要把代码写得更“牛逼”，其实就绕不开一个概念叫“设计模式”。

设计模式是个啥呢？

简单地说，就是在人类软件开发历史长河之中，经过一代代的程序员踩坑和迭代，总结提炼出的各种具体问题的代码解决方案。

本文由“壹伴编辑器”提供技术支持

那一年，写代码的种种经验还一直是口口相传散落在江湖中；

突然一个名字叫“GOF”的4个人正式成团出道；

合著了一本名为《设计模式》的书；

在其中总结出了23种经典的软件设计模式；

至此开启了人类对软件设计模式探索的浪潮！！！

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这23种经典的设计模式，可分为3大类，在此先列出他们的分类和名字，先转转混个眼熟：

1.创建型模式（5种，创建对象的不同玩法）

单例模式、建造者模式、工厂方法模式、抽象工厂模式、原型模式。

2.行为型模式（11种，类和对象交互和职责分配）

策略模式、模板方法模式、观察者模式、迭代器模式、责任链模式、命令模式、备忘录模式、状态模式、访问者模式、中介者模式、解释器模式。

3.结构型模式（7种，类和对象的组合的处理）

适配器模式、装饰模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式。

以SystemVerilog或其他面向对象的语言为主要武器的IC验证工程师们，对设计模式的学习理解，虽然不需要像真正的软件开发工程师理解的那么多，但是稍微的简单了解一些，也许就会对你的编码思想，代码风格产生不错的收益。

今天《IC验证er一起学点设计模式》这个系列，就一起来聊聊关于设计模式在验证中应用。当然对于初学者来说，本系列话题的文章只做了解即可，可以不用关注这么多。刚开始还是要先以把需求和功能顺利实现出来为第一目标，后面有精力再慢慢地提高代码的优雅性。

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什么是单例模式

有了大背景，今天我们就直奔主题，先说说单例模式。

见名知义，“单例”的“单”，同“单身狗”的“单”，代表独一。

“单例”的“例”，代表实例，也就是类（非抽象类）创建的对象。即创建独一无二的实例的模式。

这个模式说白了，就是在一个软件系统中，针对某个类，保证系统中有且仅有一个实例，然后再提供你一个全局访问点，谁想用就通过访问点访问即可。

直接上代码，先认识一下：

单例模式实现方法其实有很多种，有细节区别，核心思想一样，我们以如上的一种实现聊聊足矣。

我们定义的jerry_singleton这个类，就是我们想做成单例模式的类。在这个类中，除了Jerry定义出的这些方法以外，可以自定义实现具体功能的核心资源代码，这里我们就直接省略了，我们主要看单例模式实现核心。

这段代码是有“套路”的，寥寥几行，内涵丰富。

关键点如下：

1、第3行，jerry_singleton这个类，声明了自己的句柄，叫m_inst。而且修饰为static和local（只能当前类访问，儿子都不让见）。

2、第4行，定义了get() 静态函数，这个函数是单例模式的核心，里面会做一个判断：如果m_inst（我们第1步中声明的jerry_singleton类的句柄）没有指向任何实例，那么我们就通过new创建一个给m_inst，把m_inst作为函数返回值。如果判断已经指向某个实例了（第1步中m_inst声明local和仅仅在此get函数中有new的动作，就保证了这里“某个”实例只可能是jerry_singleton这个类的实例），那就不需要再new了，直接返回即可。这个函数就保证了实例不会二次创建。

3、第6行，new函数，protected类型（只自己和儿子可见，外人不可见）。堵死了外界不用get()函数，而直接使用new函数创造实例的可能性。

4、本来，到上一步可以完成了，使用时候，只需要通过“jerry_singleton::get()”即可获得单实例，进而对其中定义的资源进行调用。

第18行是一种经常锦上添花的写法：

A、首先，一定要想清楚，J_SIG是什么？

J_SIG不是一个字符串，它是一个jerry_singleton类型的句柄！

这句话让这个句柄直接指向了那个通过get函数返回的实例。

B、然后，大家注意，这句话，写在class外边！也即是我们之前讲的$unit空间，可看作J_SIG全局可见，可依照名字直接调用！（前文回顾：人人都会用到，但是大部分人不清楚是什么的“神秘空间”）

C、最后，神来之笔，顺手写上了一个const，把句柄J_SIG进行了常量限制，也就是只读变量。这样这个J_SIG句柄就不能再指向其他的对象了！

这样简单的一句话下来，你便可以在验证平台任何地方（相同编译单元域），直接使用J_SIG这个句柄， 就可以方便访问到jerry_singleton类的唯一实例！

说到这里忍不住顺便来一嘴子，UVM源代码中有这么一句：

const uvm_root uvm_top = uvm_root::get();

是不是很熟悉呢！我们平时使用的“uvm_top”和今天的“J_SIG”一样的玩法。

看完例子3句话再总结下实现单例的核心：

类内部自new对象

new的时候保证唯一性

提供全局访问点

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单例模式优劣

有人问了，这个玩意有什么用？

优秀的推销人员，一般先不会直接给你说产品有什么用，而是先甩出已经拿下的一堆大客户再说。

所以，你问我单例模式有什么用？我希望你先别问我，请你在UVM源代码目录下grep一下例如“::get()”或者 "function .* get();"等类似的关键词，只是随便追一追，看看是不是大把的单例模式？

看看他们怎么用，再来问我有没有用？

如同下面录屏视频中Jerry在uvm1.2源代码里grep的简单操作，可以大体看出例如uvm各种phase、uvm_reg_cbs和uvm_callback相关的一些类、uvm_resource_pool、uvm_root,等等都用了单例模式。

值得一提的是，在UVM1.2中更是单独设计了一个单例类uvm_coreserice_t，把uvm_factory、report_server等重要的共享的信息都带上。

哈哈，当然，我们也简单地聊聊单例有什么好处。

1.唯一性

验证平台中，有的信息我们希望是唯一存在的，比如想收集到不同组件的关键信息进行统一存放或管理，如果存在多个对象，就不能得到一个完整唯一的信息，存在风险。此时可以考虑用单例方式优雅地解决。比如uvm_root、各种phase，这些实例如果不全局唯一，就会存在风险和麻烦。

2.省内存

假如你的验证平台，有一个类里面的内容很多很庞大，偏偏许多组件都想使用它里面的东西，用的时候每个组件都需要把这个组件声明和new一下，创建了这么多对象，显然是非常浪费内存空间，用单例就可以很好地节省。

3.全局访问更方便

从上一小节的代码中可以看出，我们要访问单例中的内容变得非常简单，不需要在任何组件类中声明例化，随用即可。

4.资源和数据共享

因为全局的访问方便和唯一性，通过单例，不同的组件可以在不关联的情况下，直接实现资源的共享或通信。这在搭建更高层次的验证平台和统一的时候可以提高很多效率。例如你的验证平台中有一些通用功能的公共函数，这些函数甚至可以在不同级别的验证平台中公用，那完全可以考虑为单例模式。

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话说回来，盐好吃也不能多吃，单例也是有缺点的，不是啥情况都能用的，比如说虽然你想资源共享你的某个类，但是需要根据不同的参数例化不同的对象，在这种情况下，单例模式就不是很友好了，即便是节省了内存或方便了访问，无法满足实际应用需求也是徒劳。

大家可以结合前面提到的UVM源代码中单例的应用进行其优劣思考，但是也不要局限在其中，多想想自己设计的验证平台中哪些更适合用单例模式，然后应用之。

好了，时光如水，又到了说再见的时候了，祝大家天天开心，吃好喝好，越来越牛逼～

——The End——