门 | GATE CS 2012 | 问题7

本题要求实现两个类门（Gate）和电路（Circuit），其中门类包括与门（AndGate）、或门（OrGate）和非门（NotGate），每个门对象有一个标识符（id）和两个输入信号（inputA，inputB），一个输出信号（output）。电路类包括一个输入信号（input）和一个输出信号（output），一个电路由门对象组成。

类结构

Gate（门）

• 属性：
  • id：标识符
  • inputA：输入信号A
  • inputB：输入信号B
  • output：输出信号
• 方法：
  • constructor(id):
    • 功能：构建一个门对象
    • 参数：标识符（id）
  • performLogic():
    • 功能：执行门逻辑
    • 参数：无
    • 返回值：无

模板代码

class Gate:
    def __init__(self, id):
        pass

    def performLogic(self):
        pass

class AndGate(Gate):
    def __init__(self, id):
        pass

    def performLogic(self):
        pass

class OrGate(Gate):
    def __init__(self, id):
        pass

    def performLogic(self):
        pass

class NotGate(Gate):
    def __init__(self, id):
        pass

    def performLogic(self):
        pass

class Circuit:
    def __init__(self, inputSignal):
        pass

    def connect(self, gate):
        pass

    def setInputSignal(self, inputSignal):
        pass

    def getOutputSignal(self):
        pass

AndGate（与门）

• 继承自Gate（门）类
• 方法：

class AndGate(Gate):
    def __init__(self, id):
        super().__init__(id)
        
    def performLogic(self):
      # 在此处添加与门的逻辑代码
      pass

OrGate（或门）

• 继承自Gate（门）类
• 方法：

class OrGate(Gate):
    def __init__(self, id):
        super().__init__(id)
        
    def performLogic(self):
      # 在此处添加或门的逻辑代码
      pass

NotGate（非门）

• 继承自Gate（门）类
• 方法：

class NotGate(Gate):
    def __init__(self, id):
        super().__init__(id)
        
    def performLogic(self):
      # 在此处添加非门的逻辑代码
      pass

Circuit（电路）

• 属性：
  • inputSignal：输入信号
  • outputSignal：输出信号
• 方法：
  • constructor(inputSignal):
    • 功能：构建一个电路对象
    • 参数：输入信号（inputSignal）
  • connect(gate):
    • 功能：连接一个门对象到电路中
    • 参数：一个门对象（gate）
    • 返回值：无
  • setInputSignal(inputSignal):
    • 功能：设置输入信号
    • 参数：输入信号（inputSignal）
    • 返回值：无
  • getOutputSignal():
    • 功能：获取输出信号
    • 参数：无
    • 返回值：输出信号

class Circuit:
    def __init__(self, inputSignal):
        self.inputSignal = inputSignal
        self.gates = []
        self.outputSignal = None

    def connect(self, gate):
        self.gates.append(gate)

    def setInputSignal(self, inputSignal):
        self.inputSignal = inputSignal
        
    def getOutputSignal(self):
        # 设置所有门的输入信号为电路的输入信号
        for gate in self.gates:
            if isinstance(gate, NotGate):
                gate.inputA = self.inputSignal
            else:
                gate.inputA = self.inputSignal[0]
                if len(self.inputSignal) > 1:
                    gate.inputB = self.inputSignal[1]
                else:
                    gate.inputB = 0
                    
        # 依次执行所有门的逻辑
        for gate in self.gates:
            gate.performLogic()
            
        # 获取最后一个门的输出信号作为电路的输出信号
        self.outputSignal = self.gates[-1].output
        return self.outputSignal

示例代码

以题目中所给的电路为例，代码如下：

# 构建与门、或门、非门和电路对象
andGate1 = AndGate('andGate1')
andGate2 = AndGate('andGate2')
orGate1 = OrGate('orGate1')
notGate1 = NotGate('notGate1')
circuit = Circuit(1)

# 连接门到电路中
circuit.connect(andGate1)
circuit.connect(andGate2)
circuit.connect(orGate1)
circuit.connect(notGate1)

# 设置门的输入信号
andGate1.inputA = circuit.inputSignal
andGate1.inputB = notGate1.output
andGate2.inputA = notGate1.output
andGate2.inputB = circuit.inputSignal
orGate1.inputA = andGate1.output
orGate1.inputB = andGate2.output
notGate1.inputA = orGate1.output

# 设置电路的输入信号
circuit.setInputSignal(0)

# 获取电路的输出信号
print(circuit.getOutputSignal()) # 输出 1