OOPでメンバー変数参照の不思議

Question

OOPで次のように、メンバー変数を直接するのと、メソッド経由で参照するのとで、値がことなります。
これの言語仕様がどういう理由によるものなのかが腑に落ちません。どのように考えたらよいのでしょうか。

なお、今回のサンプル記述はSystemVerilogというマイナーな言語(Java、C++をベースとしたハードウェア記述言語)になります。Rubyなど他の言語についても同じ動作となると想像されますが、詳しくはわかっていません。

class Base;
  int val=0; // public
  virtual function int getval();
     return val;
  endfunction
endclass
class Extend extends Base;
  int val=1; // public
endclass

initial begin // main()に相当
  Base   b;
  Extend e;
  e = new();
  b = e;     // downcast
  $display("val is %d", b.val);      // 0
  $display("val is %d", b.getval()); // 1
end

宜しくおねがいします。

Comments

[Stripe]

getval()の中に、return a;と書かれていますが？これは、return val;の間違い？

[matu]

はい、間違えました。修正しました。ありがとうございます

[退会済みユーザー]

いや、C++/Java/Rubyともこんな挙動にならないと思います…
検索して出てきた http://www.eda.org/sv/SystemVerilog_3.1a.pdf の11.13節"Overridden members"に似た例が出てきています(ただしvirtual修飾子はついてない)。
これを読んでいると、何となく本当は例示コードのExtendクラスにもgetval関数が定義されてるのではないかと考えてしまうのですが、そうではないですか？
あと、"b = e;"はダウンキャストではなくアップキャストです(よね？)。

[matu]

言語仕様をチェックして下さり恐縮です。このサンプルコードではExtended ClassにBaseClassと全く同じgetval()を定義したのと同義になります。

[退会済みユーザー]

http://www.edaplayground.com/ で上記のコードを実行してみた(そのままでは動かなかったので、みようみまねでinitial begin〜end を module hoge〜endmoduleでくくりました)ところ、結果は2つとも0になりましたね…
この挙動なら、他の言語に似ている、というかC++の(仮想)関数と全く同じなので説明はできるのですが…

Answer 1

SystemVerilogは初めて知ったのですが、C++とC#について言えば、同じ動作とはなりません。
どちらかというと多分に言語仕様に関わる問題であって、OOPでひとくくりにはできないと思います。

ちなみに、C++やC#で同じようなことをすると、どちらも0になります。メンバ変数はオーバーライドできないので、Extendクラスのvalは、Baseクラスのvalとは別インスタンスになり、getvalメソッドはExtendでオーバーライドされない限り、常にBaseのvalを返します。

Answer 2

言語仕様上どうなっているかは知りませんが、以下の様にシミュレータはExtendの中に別々のvalがあると解釈をしていると考えられます。

Extendのメンバ

  int val=0;                     // <-- Base member
  virtual function int getval(); // <-- Base member 
  int val=1;                     // <-- Extend member

getval()の中では

  int val=1;                     // <-- Extend member

の方を参照している一方でb.valは

  int val=0;                     // <-- Base member

の方を参照していると考えられます。bのタイプがBaseだからでしょうか。e.valを表示するとどうなるんでしょうかね。言語仕様上曖昧なところはシミュレータ毎の解釈によって違ったりします。

この様な書き方が言語仕様上許されているのか分かりませんが、いずれにしても良い書き方ではないと思います。おそらく以下の様な事をしたかったのではないでしょうか。

class Extend extends Base;
  //---- Constructor ----//
  function new();
    this.val = 1;
  endfunction
endclass

コンストラクタ関数new()でメンバ変数の初期化をします。この場合valは一つしかありませんのでどうvalを参照しようが値は同じです。

Answer 3

IEEE1800-2012で検索をすれば、言語仕様が無料でダウンロードできますよ。
8.20 virtual methodのexample 1が近い例になると思います。
Vitualをつけることで、基底クラス変数に派生クラスを代入しても、そのメソッドは派生クラスの結果を返してくれます。
イメージ的には、基底クラス用と派生クラス用それぞれにvalという変数が確保されていると考えるとわかりやすいかもです。
ただ、はまりやすい書き方だとは思うので、この様な書き方はしない方が良いかも知れないですね。

Answer 4

そもそもBaseクラスでgetVal()をvirtual(Javaのabstractに相当？)にしているのに本文記載してるし、
その上Baseがvirtualじゃないし、Extendでそれをオーバーライドしていないしで、
よくわからないコードになってます。
getVal()のvirtualを外してJavaで同等と思われるコーディングをしてみましたが、

public class Q22748 {

	public static void main(String[] args) {
		Ext e = new Ext();
		Base b = e;
		System.out.println(b.val);  //0
		System.out.println(b.getVal());  //0
		
	}

}

class Base{
	int val = 0;
	
	int getVal(){
		return val;
	}
}

class Ext extends Base{
	int val = 1;
}

値が変わるということはありませんでした。

Answer 5

こんにちは。

SystemVerilogやVerilogを触ったことはありませんが、オブジェクト指向の考え方的に基底クラスのメソッドが派生クラスのメンバ変数をアクセスできるとは考えにくいです。
派生クラスのメンバ変数が基底クラスのそれと同じ意味であることは通常はあり得ないです。（同じ意味なら上書きする必要がないです） ですから、もしそれが出来るとかなり危険です。

従って、matuさんのコピペミスのように思えます。
Extendクラスにもgetval関数があるのではないでしょうか？

Answer 6

getval メソッドが返す a はどこに定義されてるんですか？
もしかして、virtual なら、メソッド内で参照される変数は架空のものでも良いという仕様でしょうか。
じゃなくて、virtual は、java で言うgeneric みたいなものか？,
a はテンプレートであり、 getvalの戻り値が int だから、派生クラスで定義したゆいいつのint 型変数に自動的に割ついた、って感じでしょうか。 fortran みたく、i,j,k は、でふぉるとで int 型、e,f,gは real型に割付くとか特殊ルールがありそうですね。

javaもc++も、基底クラスで、仮想関数:abstruct、virtual を定義して派生クラスで実装するとダウンキャストで仮想関数を呼び出すと派生クラスの実装が処理されます。
この言語は、基底クラスで側だけ定義しておいて、派生クラスで器だけ用意する仕組みなんでしょうか。

派生クラスでもう一個 int 型変数を定義したらコンパイルエラーになりそうなきがします。