逻辑门的继承层级结构实现-python

Winema ·

更新时间:2024-11-14

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为了实现电路，首先要构建逻辑门的表示。顶部的LogicGate类代表逻辑门的通用特性：逻辑门的标签（label）和一个输出（output）

根据逻辑门接收输入的个数来为逻辑门分类。BinaryGate是LogicGate的一个子类，并且有两个输入。UnaryGatet同样是LogicGate的子类，但只有一个输入。这些输入被称作**‘引脚’(pin)**。

AndGate和OrGate是BinaryGate的子类，NotGate是UnaryGate的子类。AndGate、OrGate和NotGate类需要实现各自的布尔运算行为，这里提供一个函数performGateLogic()。要使用这些逻辑门，可以构建这些类的实例，详见代码。

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有了基本的逻辑门之后，便可以开始构建电路。为此，需要将逻辑门连接起来，前一个的输出是后一个的输入。因此，要实现一个Connector类。（Connector类与LogicGate类是HAS-A关系，即连接器内部包含LogicGate类的实例，但是不在继承层次结构中）

每一个连接器对象都包含fromgate和togate两个逻辑门实例，数据值会从一个逻辑门的输出‘流向’下一个逻辑门的输入。因此，需要一个函数setNextPin()，将该函数添加到逻辑门类中，以使每一个togate能够选择适当的输入。

# !/user/bin/env python
# coding:utf-8
class LogicGate:
    def __init__(self, n):
        self.label = n
        self.output = None
    def getLabel(self):
        return self.label
    def getOutput(self):
        self.output = self.performGateLogic()
        return self.output
class BinaryGate(LogicGate):
    def __init__(self, n):#子类的构造方法需要先调用父类的构造方法，然后再初始化自己独有的数据
        super().__init__(n)#使用super函数调用父类的构造方法
        self.pinA = None
        self.pinB = None
    def getPinA(self):
        if self.pinA == None:#输入端没有与任何逻辑门连接，则要求用户输入
            return int(input("Enter Pin A input for gate " +
                             self.getLabel() + '-->'))
        else:#输入端有了连接，就访问该连接并且获取fromgate的输出值
            return self.pinA.getFrom().getOutput()
    def getPinB(self):
        if self.pinB == None:
            return int(input("Enter Pin B input for gate " +
                             self.getLabel() + '-->'))
        else:
            return self.pinB.getFrom().getOutput()
    def setNextPin(self, source):
        if self.pinA == None:#在Binarygate中，逻辑门有两个输入，都能连接的情况下，默认选择pinA
            self.pinA = source
        elif self.pinB == None:
            self.pinB = source
        else:
            raise RuntimeError("Error: NO EMPTY PINS")
class UnaryGate(LogicGate):
    def __init__(self, n):
        super().__init__(n)
        self.pin = None
    def getPin(self):
        if self.pin == None:
            return int(input("Enter Pin input for gate " +
                         self.getLabel() + '-->'))
        else:
            return self.pin.getFrom().getOutput()
    def setNextPin(self, source):
        if self.pin == None:
            self.pin = source
class AndGate(BinaryGate):
    def __init__(self, n):
        super().__init__(n)
    def performGateLogic(self):
        a = self.getPinA()
        b = self.getPinB()
        if a == 1 and b == 1:
            return 1
        else:
            return 0
class OrGate(BinaryGate):
    def __init__(self, n):
        super().__init__(n)
    def performGateLogic(self):
        a = self.getPinA()
        b = self.getPinB()
        if a == 1 or b == 1:
            return 1
        else:
            return 0
class NotGate(UnaryGate):
    def __init__(self, n):
        super().__init__(n)
    def performGateLogic(self):
        a = self.getPin()
        if a == 1:
            return 0
        else:
            return 1
class Connector:
    def __init__(self, fgate, tgate):
        self.fromgate = fgate
        self.togate = tgate
        tgate.setNextPin(self)
    def getFrom(self):
        return self.fromgate
    def getTo(self):
        return self.togate
# instance
'''
g1 = AndGate('G1')
print(g1.getOutput())
'''
'''
g2 = OrGate('G2')
print(g2.getOutput())
'''
'''
g3 = NotGate('G3')
print(g3.getOutput())
'''

以下代码段构造图中的电路：
在这里插入图片描述

g1 = AndGate('G1')
g2 = AndGate('G2')
g3 = OrGate('G3')
g4 = NotGate('G4')
c1 = Connector(g1, g3)
c2 = Connector(g2, g3)
c3 = Connector(g3, g4)
print(g4.getOutput())

在这里插入图片描述