論理計算を行うだけであれば、単に計算式を記述して答えを出させれば済みますが、
このライブラリは素子を登録してそれぞれ接続し、回路を作ることが出来るのが特徴です。
計算式に基づいて出力値が出るのではなく、出力値を得たい素子の値からたどって計算を行います。
素子を接続して実装することから、順序回路のような循環している回路も作成できます。
本ライブラリはC++用です。（C++11以降）
導入
上のリンクからLogicParts.hとLogicParts.cppをダウンロードし、
cppファイルをコンパイルするソースに入れてください。
使用するときはLogicParts.hをインクルードします。
例えば上のような回路を実装する場合は次のように記述します。
#include <iostream>
using namespace std;
#include "LogicParts.h"
using namespace LogicParts;
int main() {
auto A = Terminal(); // 端子Aの定義
auto B = Terminal(); // 端子Bの定義
auto C = And(Or(A, B), Nand(A, B)); // 端子Cに論理回路を接続
A->set(0); // 端子Aに入力値0をセット
B->set(1); // 端子Bに入力値1をセット
cout << C->get() << endl; // 端子Cの値を出力
}
最初に各端子を定義して論理回路を作ります。
変数の型は面倒なのでautoで宣言していますが、BaseParts*でもOKです。
後は端子にset関数で入力値をセットして、出力値を得たい端子のget関数を呼べばOKです。
上の例はXor回路なので、A＝Bのとき0、A≠Bのとき1が返ります。
上図は半加算器HAの例です。出力が2つありますが、同様にして回路を作れます。
#include <iostream>
using namespace std;
#include "LogicParts.h"
using namespace LogicParts;
int main() {
auto A = Terminal(); // 端子Aの定義
auto B = Terminal(); // 端子Bの定義
auto C = And(A, B); // 端子CにAnd素子を接続
auto S = Xor(A, B); // 端子SにXor素子を接続
A->set(0); // 端子Aに入力値0をセット
B->set(1); // 端子Bに入力値1をセット
cout << C->get() << endl; // 端子Cの値を出力
cout << S->get() << endl; // 端子Sの値を出力
}
このHAの部分だけを一つの部品として、
次のように関数を作っておくと便利です。
#include <iostream>
using namespace std;
#include "LogicParts.h"
using namespace LogicParts;
// 半加算器(A, B) = (C, S)
vector<BaseParts*> HA(BaseParts* A, BaseParts* B) {
auto C = And(A, B); // 端子CにAnd素子を接続
auto S = Xor(A, B); // 端子SにXor素子を接続
return { C, S }; // 出力端子の配列を返す
}
int main() {
auto A = Terminal(); // 端子Aの定義
auto B = Terminal(); // 端子Bの定義
auto D = HA(A, B); // 端子DにA, Bを接続したHAを接続
auto C = D[0]; // A, Bを接続したHAの出力C
auto S = D[1]; // A, Bを接続したHAの出力S
A->set(0); // 端子Aに入力値0をセット
B->set(1); // 端子Bに入力値1をセット
cout << C->get() << endl; // 端子Cの値を出力
cout << S->get() << endl; // 端子Sの値を出力
}
HAを接続して全加算器FAを作ります。
#include <iostream>
using namespace std;
#include "LogicParts.h"
using namespace LogicParts;
// 半加算器(A, B) = (C, S)
vector<BaseParts*> HA(BaseParts* A, BaseParts* B) {
auto C = And(A, B); // 端子CにAnd素子を接続
auto S = Xor(A, B); // 端子SにXor素子を接続
return{ C, S }; // 出力端子の配列を返す
}
// 全加算器(A, B, prevC) = (C, S)
vector<BaseParts*> FA(BaseParts* A, BaseParts* B, BaseParts* prevC) {
auto D = HA(A, B); // HAの出力を端子群Dとして定義
auto E = HA(D[1], prevC); // HAの出力を端子群Eとして定義
auto C = Or(D[0], E[0]); // HAの出力とOr素子を接続して端子Cに接続
auto S = E[1]; // HAの出力を端子Sに接続
return{ C, S }; // 出力端子の配列を返す
}
int main() {
auto A = Terminal(); // 端子Aの定義
auto B = Terminal(); // 端子Bの定義
auto prevC = Terminal(); // 端子prevCの定義
auto C = FA(A, B, prevC)[0]; // A, Bを接続したFAの出力C
auto S = FA(A, B, prevC)[1]; // A, Bを接続したFAの出力S
A->set(1); // 端子Aに入力値1をセット
B->set(1); // 端子Bに入力値1をセット
prevC->set(1); // 端子prevCに入力値1をセット
cout << C->get() << endl; // 端子Cの値を出力
cout << S->get() << endl; // 端子Sの値を出力
}
一旦部品を作ってしまえば取り扱いが楽になります。
入力端子を循環させれば順序回路も作れます。
#include <iostream>
using namespace std;
#include "LogicParts.h"
using namespace LogicParts;
// RSフリップフロップ
vector<BaseParts*> RS_FF(BaseParts* S, BaseParts* R) {
auto Q = Nand(Not(S), 0); // 端子Q
auto notQ = Nand(Not(R), Q); // 端子notQ
Q->input[1] = notQ; // 端子Qの入力端子の一つにnotQをセット
return{ Q, notQ }; // 出力端子の配列を返す
}
int main() {
auto S = Terminal(); // 端子Sの定義
auto R = Terminal(); // 端子Rの定義
auto Q = RS_FF(S, R)[0]; // 出力QをA, Bを接続したHAの出力C
S->set(0); R->set(0); cout << Q->get() << endl; // 保持
S->set(1); R->set(0); cout << Q->get() << endl; // Q＝1にセット
S->set(0); R->set(0); cout << Q->get() << endl; // 保持
S->set(0); R->set(1); cout << Q->get() << endl; // Q＝0にセット
S->set(0); R->set(0); cout << Q->get() << endl; // 保持
}
notQが未定義の状態でQ = Nand(Not(S), notQ)とは出来ませんから、
上記のように、一旦notQの部分は0（未接続）としておいて、
notQを作ってからQの入力端子にnotQをセットする、という方法で接続しています。
うまいように設計してやれば、大規模な論理回路も作れそうですね！
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