门 | GATE-CS-2016（套装2）|第 46 题

这道题目考察了程序员对门电路和逻辑运算的掌握，并要求我们用程序来模拟门电路的操作。在这里，我们需要实现一个门电路模拟器，可以模拟与门、或门和反相器三种门电路的输入输出关系。

输入格式

我们需要实现一个类 Gate，该类有三个属性：

• label 对象标识符，为字符串类型，用于表示门电路的标识符。
• output 用于存储当前门电路的输出状态，为整数类型。
• inputs 用于存储当前门电路与其它门电路相连的输入，为列表类型。

我们需要实现该类的以下方法：

• get_label 获取当前门电路的标识符。
• get_output 获取当前门电路的输出状态。
• set_input 设置当前门电路与另一门电路相连的输入。
• perform_logic 执行当前门电路的逻辑运算，并更新输出状态。

具体实现

我们需要定义一个 Gate 类，类中有一个私有方法 _perform_gate_logic，用于执行门电路的逻辑运算，并返回该门电路的输出状态。该类有以下方法：

class Gate:
    def __init__(self, label):
        self.label = label
        self.output = None
        self.inputs = []

    def get_label(self):
        """
        获取当前门电路的标识符。
        """
        return self.label

    def get_output(self):
        """
        获取当前门电路的输出状态。
        """
        self.output = self._perform_gate_logic()
        return self.output

    def set_input(self, other):
        """
        设置当前门电路与另一门电路相连的输入。
        """
        self.inputs.append(other)

    def _perform_gate_logic(self):
        """
        执行门电路的逻辑运算，并返回该门电路的输出状态。
        """
        raise NotImplementedError

    def perform_logic(self):
        """
        执行当前门电路的逻辑运算，并更新输出状态。
        """
        self.output = self.get_output()

其中，我们定义了一个抽象方法 _perform_gate_logic，该方法用于执行门电路的实际逻辑运算。在子类中，我们需要去实现该方法。

根据题目要求，我们需要实现三种门电路：与门（ANDGate）、或门（ORGate）、反相器（NOTGate）。下面我们分别实现这三种门电路的方法：

class ANDGate(Gate):
    def __init__(self, label):
        super().__init__(label)

    def _perform_gate_logic(self):
        if len(self.inputs) < 2:
            raise ValueError("ANDGate input not available")
        return int(all(input.get_output() for input in self.inputs))


class ORGate(Gate):
    def __init__(self, label):
        super().__init__(label)

    def _perform_gate_logic(self):
        if len(self.inputs) < 2:
            raise ValueError("ORGate input not available")
        return int(any(input.get_output() for input in self.inputs))


class NOTGate(Gate):
    def __init__(self, label):
        super().__init__(label)

    def _perform_gate_logic(self):
        if len(self.inputs) < 1:
            raise ValueError("NOTGate input not available")
        return int(not self.inputs[0].get_output())

三种门电路都继承了 Gate 类，并重写了 _perform_gate_logic 方法。

总结

通过本题目的实现，我们加深了对门电路和逻辑运算的理解，并通过程序的方式来模拟电路运算。学习了如何利用类和抽象方法来实现多态，提高了我们的编程能力。