如何用 C++ 模拟数字电路（只有输入/输出，没有图形）答案

【问题标题】：How to simulate a digital circuit with C++ (just input/output, no graphics)如何用 C++ 模拟数字电路（只有输入/输出，没有图形）
【发布时间】：2012-02-03 14:40:45
【问题描述】：

我需要基于输入/输出基础在 C++ 中创建数字电路的仿真。

输入以一系列元素（或、and、nand 等）和这些元素的引脚之间的连接列表给出（即元素 1 的输入引脚 1 连接到元素 2 的输出引脚）。

源被认为是一个只有一个输出引脚的元素，在输入文件的末尾，源被描述，比如它是周期性的，还是它在随机时刻的自定义 1 或 0。

探针位于电路的末端，它被视为只有一个输入引脚的元件，自然会在任何时间点检查信号的值是 0 还是 1。

所以我的问题是，如何创建表示电路的数据结构？它可以像一个元素的连接列表，还是每个元素都应该有指向其他元素的指针？以及如何在整个电路模型中传输信号？

【问题讨论】：

如果这是家庭作业，请标记为这样。到目前为止，您尝试过什么？
这个问题没有一个明确的答案，因为它缺少很多重要的细节。例如，根据电路是否允许将元件的输出直接或间接反馈给它们，答案将完全不同。这更像是一个研究项目，而不是问答网站的问题。

标签： c++ oop data-structures signals simulation

【解决方案1】：

您所描述的是一种名为“Flow-Based Programming”的编程范例。

如果您有兴趣，我开发了一个 C++ 面向对象的基于流的编程库，名为 DSPatch（或“dispatch”）。通用的面向对象 API 允许您创建和路由几乎任何类型的流程链，从基本逻辑电路到成熟的电子仿真。它快速、非常易于使用，并且免费供个人/专有使用。

【讨论】：

【解决方案2】：

从组件的基类开始：

class Component
{
    Component** inputs;
    Component** outputs;
    int numOfInputs;
    int numOfOutputs;
    virtual PropagateLogic() = 0;
}

为特定的逻辑实现子类化基础组件。
添加代码以告知组件预期有多少输入/输出。
通过分配指针连接您的电路
...最后，当您想要执行您的电路时，从输入开始并沿着调用传播链走下去。

【讨论】：

我建议使用std::vector<Component*> 而不是Component** 和int 的组合。这样一来，您就不需要手动管理数组，这既麻烦又危险（容易出错）。
是的，公平点。有各种方法可以简化/复杂化/改进我的建议，我只是想举一个非常基本的例子..
你能提供一个传播方法的例子吗？我将如何实现它以遍历整个结构？

【解决方案3】：

我会说你应该寻找一个类似结构的图形。您可以添加一个字段，指定其是否处于活动/打开状态，并将所有传入数据中继到活动的相邻节点。但这可能会更倾向于 AN。

【讨论】：

事实上，您可以使用 prefuse 库做一些事情。是一个Java库，不过我把它转成Objective-C，花了点时间，不过还是够简单的。
如何创建类似图形的结构？我可以使用带有数字元素作为叶子的复合软件设计模式吗？如何将数据中继到相邻节点？ :)
我没有做过这样的事情，但我可以想象一个节点接受一组输入，并且依赖于它传递信息的能力 c.q.开启或关闭，你可以用一个布尔值来表示，向它的邻居发送信息。有许多不同的方法可以解决这个问题。我可以想象某种发布/订阅机制，您可以在其中将新节点订阅到某个节点。当发布节点发送一些信息时，订阅者中会触发一个事件，您可以对其采取进一步的操作。您可以查找发布/订阅或观察者 oattern。

【解决方案4】：

绝对将其存储在图表中。

对于简单的模拟，存储连接应该足够了，带有数据流模拟。

如果你做一些更复杂的事情，例如想要能够检测到hazards，你必须存储基本构建块的延迟和电线的长度。然后，您可以构建一个基于时间的系统，其中线路上的每次更改都会在设备输出线路上的特定（可能不是完全确定的）时间触发。

【讨论】：