题目介绍：门

这道题目是“GATE-IT-2004”的第59题，属于计算机科学方向的门电路问题。主要考察面向对象设计思想，以及计算机逻辑和电路基础知识。

题目描述

给定一个门电路模型，包含了门电路的基本组成元素：与门、或门、非门和异或门。为了实现门模型的灵活性和可扩展性，需要使用面向对象的方式来设计门类，并支持以下操作：

• 构造函数
• 设置输入端口的值
• 获取输出端口的值

门电路的输入输出端口数可以是任意类型，且数目可以不相等。在门类中，需要支持以下操作：

• 与门（AND）：输出值为输入端口的所有值的逻辑与
• 或门（OR）：输出值为输入端口的所有值的逻辑或
• 非门（NOT）：输出值为输入端口的值的逻辑非
• 异或门（XOR）：输出值为输入端口的所有值的逻辑异或

要求：使用Java实现门电路模型的设计。

答案

Gate类的定义

public abstract class Gate {
    protected int inputPortCount;
    protected Object[] inputPortValues;
    protected int outputPortCount;
    protected Object[] outputPortValues;

    public Gate(int inputPortCount, int outputPortCount) {
        this.inputPortCount = inputPortCount;
        this.inputPortValues = new Object[inputPortCount];
        this.outputPortCount = outputPortCount;
        this.outputPortValues = new Object[outputPortCount];
    }

    public Object getInputPortValue(int index) {
        return inputPortValues[index];
    }

    public void setInputPortValue(int index, Object value) {
        inputPortValues[index] = value;
    }

    public Object getOutputPortValue(int index) {
        return outputPortValues[index];
    }
}

AndGate类的定义

public class AndGate extends Gate {
    public AndGate(int inputPortCount, int outputPortCount) {
        super(inputPortCount, outputPortCount);
    }

    public void calculateOutput() {
        boolean andValue = true;
        for (int i = 0; i < inputPortCount; i++) {
            boolean inputPortValue = (boolean) inputPortValues[i];
            andValue &= inputPortValue;
        }
        for (int i = 0; i < outputPortCount; i++) {
            outputPortValues[i] = andValue;
        }
    }
}

OrGate类的定义

public class OrGate extends Gate {
    public OrGate(int inputPortCount, int outputPortCount) {
        super(inputPortCount, outputPortCount);
    }

    public void calculateOutput() {
        boolean orValue = false;
        for (int i = 0; i < inputPortCount; i++) {
            boolean inputPortValue = (boolean) inputPortValues[i];
            orValue |= inputPortValue;
        }
        for (int i = 0; i < outputPortCount; i++) {
            outputPortValues[i] = orValue;
        }
    }
}

NotGate类的定义

public class NotGate extends Gate {
    public NotGate(int inputPortCount, int outputPortCount) {
        super(inputPortCount, outputPortCount);
    }

    public void calculateOutput() {
        boolean notValue = !(boolean) inputPortValues[0];
        for (int i = 0; i < outputPortCount; i++) {
            outputPortValues[i] = notValue;
        }
    }
}

XorGate类的定义

public class XorGate extends Gate {
    public XorGate(int inputPortCount, int outputPortCount) {
        super(inputPortCount, outputPortCount);
    }

    public void calculateOutput() {
        boolean xorValue = false;
        for (int i = 0; i < inputPortCount; i++) {
            boolean inputPortValue = (boolean) inputPortValues[i];
            xorValue ^= inputPortValue;
        }
        for (int i = 0; i < outputPortCount; i++) {
            outputPortValues[i] = xorValue;
        }
    }
}

总结

通过这道题目的练习，我们了解到了如何使用面向对象的设计思想，来实现门电路模型的设计。同时，这也让我们再次回顾和巩固了计算机逻辑和电路基础知识。