逻辑门的继承层级结构实现-python

短命女 2023-07-10 05:17 15阅读 0赞

> 《Python数据结构与算法分析》（第二版）

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mzc5MDM2MA_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
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。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mzc5MDM2MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
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][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mzc5MDM2MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

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][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mzc5MDM2MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mzc5MDM2MA_size_16_color_FFFFFF_t_70]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200229174134766.PNG?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mzc5MDM2MA==,size_16,color_FFFFFF,t_70
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