逻辑电路（一）
1.逻辑门（LogicGate）
9.简单逻辑电路实例（Simple logic circuit example）
11.参考资料（reference material）
简单的逻辑电路通常是由门电路构成，而门电路是用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单位电路，常用的门电路在逻辑功能上有非门（NOT Gate）、与门（ANDGate）、与非门（NANDGate）、或门（ORGate）、或非门（NORGate）、异或门（XORGate）。
为了实现门电路，我们可以依次创建各个门类，而根据其的共性与特性，可以将其组织成继承层次结构。
根据输入数量，可分为单输入逻辑门（UnaryGate）和双输入逻辑门（BinaryGate）。
单、双输入逻辑门又可归类为具有一种逻辑的门即逻辑门（LogicGate）。
1.逻辑门（LogicGate）
为实现其逻辑功能，每个门电路应有输出的值。为获取输出的值，门电路需要根据输入的值进行合理的逻辑运算，即需要一个逻辑运算的方法。但是该方法不必在逻辑门类中实现，因为不同的门电路应有不同的方法。当然，每个门电路都还有一个用于识别的标志(label)。
class LogicGate: """逻辑门""" def __init__(self, n): self.label = n # 识别标志 self.output = None # 输出的值 def label(self): # 获取识别标志的方法 return self.label def getoutput(self): # 获取输出的值的方法 # 将输出值交给一个逻辑运算的方法，等待子类逻辑门实现 self.output = self.donelogic() return self.output2.单输入逻辑门（UnaryGate）
构造子类时，应继承父类(LogicGate)，调用父类的构造方法，同时定义接收输入值的变量pin和接收输入值的方法getpin()：
如果输入值为空，则要求主动输入；否则
如果构造类时传入了输出值，则输出值即为传入值；
否则应为上一门电路的输出值。
class UnaryGate(LogicGate): # 继承父类 """单输入逻辑门""" def __init__(self, n, pin=None): super().__init__(n) # 调用父类的构造方法 self.pin = pin # 接收输入的变量pin def getpin(self): if self.pin is None: # 如果输入值为空，则要求主动输入 return eval(input("请输入{}的pin值-->".format(self.label))) else: if self.pin == 1: # 如果构造类时传入了输出值，则输出值即为传入值 return 1 elif self.pin == 0: return 0 else: # 否则应为上一门电路的输出值 return self.pin.getoutput()同理可以构造双输入逻辑门
3.双输入逻辑门（BinaryGate）
class BinaryGate(LogicGate): """双输入逻辑门""" def __init__(self, n, pinA=None, pinB=None): super().__init__(n) # 调用父类的构造方法 self.pinA = pinA # 接收输入的变量pinA self.pinB = pinB # 接收输入的变量pinB def getpinA(self): if self.pinA is None: # 如果输入值为空，则要求主动输入 return eval(input("请输入{}的pinA值-->".format(self.label))) else: if self.pinA == 1: # 如果构造类时传入了输出值，则输出值即为传入值 return 1 elif self.pinA == 0: return 0 else: # 否则应为上一门电路的输出值 return self.pinA.getoutput() def getpinB(self): if self.pinB is None: # 如果输入值为空，则要求主动输入 return eval(input("请输入{}的pinB值-->".format(self.label))) else: if self.pinB == 1: # 如果构造类时传入了输出值，则输出值即为传入值 return 1 elif self.pinB == 0: return 0 else: # 否则应为上一门电路的输出值 return self.pinB.getoutput()4.非门（NOTGate）
在此构建具体门类时，实现了实现逻辑功能的方法donelogic，即通过输入值进行逻辑运算得到输出值。
class NOTGate(UnaryGate): """非门""" def __init__(self, n, pin=None): super().__init__(n, pin) def donelogic(self): # 实现 实现逻辑功能的方法 i = self.getpin() # 获取输入值 self.pin = i # 存储输入值 if i == 1: # 逻辑运算 return 0 else: return 1同理可以构造与门、或门、异或门等
5.与门（ANDGate）
class ANDGate(BinaryGate): """与门""" def __init__(self, n, pinA=None, pinB=None): super().__init__(n, pinA, pinB) def donelogic(self): a = self.getpinA() self.pinA = a b = self.getpinB() self.pinB = b if a == 1 and b == 1: return 1 else: return 06.或门（ORGate）
class ORGate(BinaryGate): """或门""" def __init__(self, n, pinA=None, pinB=None): super().__init__(n, pinA, pinB) def donelogic(self): a = self.getpinA() self.pinA = a b = self.getpinB() self.pinB = b if a == 0 and b == 0: return 0 else: return 17.异或门（XORGate）
class XORGate(BinaryGate): """异或门""" def __init__(self, n, pinA=None, pinB=None): super().__init__(n, pinA, pinB) def donelogic(self): a = self.getpinA() self.pinA = a b = self.getpinB() self.pinB = b if a == b: return 0 else: return 18.连接器（Connector）
然而，在创建了各个门电路类后，要想使用门电路组成逻辑电路，就需要一个连接器类(Connector)将前一门电路(fromgate)与后一门电路(togate)连接起来，从而实现值的传递。而在实现连接器类之前，每个门电路类应该有一个方法setNextpin使得自身的引脚pin接收前一门电路fromgate，从而实现门电路的连接。(以UnaryGate为例)
def setNextPin(self, source): if self.pin is None: self.pin = source else: print("连接失败：输入已满")这样就可以创建连接器类。显然，每一个连接器对象包含fromgate和togate两个门电路实例。
class Connector: """连接器""" def __init__(self, fgate, tgate): self.fromgate = fgate # 前一门电路实例 self.togate = tgate # 后一门电路实例 tgate.setNextPin(fgate) # 将前后门电路连接起来 def getfrom(self): return self.fromgate def getto(self): return self.togate9.简单逻辑电路实例（Simple logic circuit example）
g1 = ANDGate("g1", 1, 0) g2 = ORGate("g2", 1, 1) g3 = XORGate("g3") g4 = NOTGate("g4") c1 = Connector(g1, g3) c2 = Connector(g2, g3) c3 = Connector(g3, g4) print(g4.getoutput()) # 输出结果为 010.完整代码（Complete code）
class LogicGate: """逻辑门""" def __init__(self, n): self.label = n # 识别标志 self.output = None # 输出的值 def label(self): # 获取识别标志的方法 return self.label def getoutput(self): # 获取输出的值的方法 # 将输出值交给一个逻辑运算的方法，等待子类逻辑门实现 self.output = self.donelogic() return self.output class UnaryGate(LogicGate): # 继承父类 """单输入逻辑门""" def __init__(self, n, pin=None): super().__init__(n) # 调用父类的构造方法 self.pin = pin # 接收输入的变量pin def getpin(self): if self.pin is None: # 如果输入值为空，则要求主动输入 return eval(input("请输入{}的pin值-->".format(self.label))) else: if self.pin == 1: # 如果构造类时传入了输出值，则输出值即为传入值 return 1 elif self.pin == 0: return 0 else: # 否则应为上一门电路的输出值 return self.pin.getoutput() def setNextPin(self, source): if self.pin is None: self.pin = source else: print("连接失败：输入已满") class BinaryGate(LogicGate): """双输入逻辑门""" def __init__(self, n, pinA=None, pinB=None): super().__init__(n) # 调用父类的构造方法 self.pinA = pinA # 接收输入的变量pinA self.pinB = pinB # 接收输入的变量pinB def getpinA(self): if self.pinA is None: # 如果输入值为空，则要求主动输入 return eval(input("请输入{}的pinA值-->".format(self.label))) else: if self.pinA == 1: # 如果构造类时传入了输出值，则输出值即为传入值 return 1 elif self.pinA == 0: return 0 else: # 否则应为上一门电路的输出值 return self.pinA.getoutput() def getpinB(self): if self.pinB is None: # 如果输入值为空，则要求主动输入 return eval(input("请输入{}的pinB值-->".format(self.label))) else: if self.pinB == 1: # 如果构造类时传入了输出值，则输出值即为传入值 return 1 elif self.pinB == 0: return 0 else: # 否则应为上一门电路的输出值 return self.pinB.getoutput() def setNextPin(self, source): if self.pinA is None: self.pinA = source else: if self.pinB is None: self.pinB = source else: raise RuntimeError("连接失败：输入已满") class NOTGate(UnaryGate): """非门""" def __init__(self, n, pin=None): super().__init__(n, pin) def donelogic(self): # 实现 实现逻辑功能的方法 i = self.getpin() # 获取输入值 self.pin = i # 存储输入值 if i == 1: # 实现 return 0 else: return 1 class ANDGate(BinaryGate): """与门""" def __init__(self, n, pinA=None, pinB=None): super().__init__(n, pinA, pinB) def donelogic(self): a = self.getpinA() self.pinA = a b = self.getpinB() self.pinB = b if a == 1 and b == 1: return 1 else: return 0 class NANDGate(BinaryGate): """与非门""" def __init__(self, n, pinA=None, pinB=None): super().__init__(n, pinA, pinB) def donelogic(self): a = self.getpinA() self.pinA = a b = self.getpinB() self.pinB = b if a == 1 and b == 1: return 0 else: return 1 class ORGate(BinaryGate): """或门""" def __init__(self, n, pinA=None, pinB=None): super().__init__(n, pinA, pinB) def donelogic(self): a = self.getpinA() self.pinA = a b = self.getpinB() self.pinB = b if a == 0 and b == 0: return 0 else: return 1 class XORGate(BinaryGate): """异或门""" def __init__(self, n, pinA=None, pinB=None): super().__init__(n, pinA, pinB) def donelogic(self): a = self.getpinA() self.pinA = a b = self.getpinB() self.pinB = b if a == b: return 0 else: return 1 class Connector: """连接器""" def __init__(self, fgate, tgate): self.fromgate = fgate # 前一门电路实例 self.togate = tgate # 后一门电路实例 tgate.setNextPin(fgate) def getfrom(self): return self.fromgate def getto(self): return self.togate g1 = ANDGate("g1", 1, 0) g2 = ORGate("g2", 1, 1) g3 = XORGate("g3") g4 = NOTGate("g4") c1 = Connector(g1, g3) c2 = Connector(g2, g3) c3 = Connector(g3, g4) print(g4.getoutput())11.参考资料（reference material）
https://baike.baidu.com/item/逻辑电路/?fr=aladdin
https://baike.baidu.com/item/逻辑门
https://baike.baidu.com/item/门电路
python数据结构与算法分析（第2版）
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