一.前言
在完成这两次大作业的题集后想和大家分享我在这三次大作业中碰见的问题和个人所得。代码为什么错了？错在哪？该如何才能通过题目的测试点？相信很多同学和我一样，在作业中有着类似的困扰。我会把完成作业时遇到的困惑都摆出来，深入思考背后的原因，尝试寻找解决办法。希望在这个过程中，我们能一起解开作业带来的谜团，找到更适合自己的学习方式。
1.关于题目
这三次大作业都是由几个小题和一个大题组成，前几个小题一般比较简单，用来给同学们练练手，真正需要同学们深入思考的是每次大作业的最后一道数字电路模拟程序的大题。但题目都比较详细，来帮助我们完成代码。
二.数字电路模拟程序
（一）数字电路模拟程序-1
1.1题目要求
数字电路是一种处理离散信号的电子电路。与处理连续变化信号（如声音、温度）的模拟电路不同，数字电路只识别和运算两种基本状态：高电平（通常表示为“1”） 和 低电平（通常表示为“0”）。这正好与二进制数制系统相对应，使得数字电路成为所有计算机和数字系统的物理实现基础。
请编程实现数字电路模拟程序，
1、电路元件
电路中包含与门、或门、非门、异或门、同或门五种元件。元件特征如下：
与门：
包含两个或多个输入引脚和一个输出引脚。所有输入引脚必须都是高电平，输出引脚才是高电平，只要有一个输入引脚为低电平，输出引脚输出低电平。
或门：
包含两个或多个输入引脚和一个输出引脚。所有输入引脚必须都是低电平，输出引脚才是低电平，只要有一个输入引脚为高电平，输出引脚输出高电平。
非门：
包含一个输入引脚和一个输出引脚。输出引脚的电平与输入引脚的电平相反，如输入为低电平，输出则为高电平。
异或门：
包含两个输入引脚和一个输出引脚。当两个输入引脚电平不一致时输出引脚输出高电平，否则输出低电平。
同或门：
包含两个输入引脚和一个输出引脚。当两个输入引脚电平一致时输出引脚输出高电平，否则输出低电平。
2、程序输入
1）元件信息：
用A、O、N、X、Y 分别用作与门、或门、非门、异或门、同或门五种元件的元件标识符。
电路中的每个与门、或门用“标识符(输入引脚数)+编号”作为其元件名。
例如：A(8)1表示一个8输入引脚的与门，O(4)2代表一个4输入引脚的或门。
电路中的每个非门、异或门、同或门用“标识符+编号”作为其元件名。
例如：X8表示一个异或门，Y4代表一个同或门，N1代表一个非门。
约束条件：
不同元件的编号可以相同，如X4、Y4。
同一电路中同种元件的编号不可重复，可以不连续
2）引脚信息：
引脚信息由“元件名-引脚号”构成，。
例如：A(8)1-2代表与门A(8)1的2号引脚。
3）电路的输入信息：
电路的输入格式：
INPUT:英文空格+输入1+”-”+输入信号1+英文空格+输入2+....+输入n+”-”+输入信号n
例如：
“INPUT: A-0 B-1 C-0”代表整个电路包括3个输入：A、B、C 分别输入0,1,0信号。
4）连接信息
引脚的连接信息格式：
[+输出引脚+英文空格+输入引脚1+。。。。+英文空格+输入引脚+]
例如：
[A A(8)1-1 A(8)1-3 X5-2]
代表信号从引脚A发送给与门A(8)1的1、3两个引脚，以及异或门X5的2号引脚。
[Y8-0 N1-1 O(4)2-3 Y2-1]
代表信号从引脚Y8-0发送给非门N1的1号引脚、或门O(4)2的3号引脚、同或门Y2的1号引脚。
约束条件：
一个输出引脚可以连接多个输入引脚，即将输出引脚的信号传给每一个输入引脚。但一个输入引脚不能连接多个输出引脚。
输出引脚不能短接在一起。
5）输入结束信息
所有输入以end为结束标志，end之后出现的内容忽略不计
3、程序输出
按照与门、或门、非门、异或门、同或门的顺序依次输出所有元件的输出引脚电平。同类元件按编号从小到大的顺序排序。
如果某个元件的引脚没有接有效输入，元件输出无法计算，程序输出结果忽略该元件
4、测试输入默认满足以下条件：
1）每个元件的输入引脚连续编号。假设元件有n个输入引脚，则其编号取值范围为[1,n],且引脚号不重复。
2）本题涉及的五种元件都只有一个输出引脚，输出引脚号默认为0。
输入实例: INPUT: A-1 B-1 [A A(2)1-1] [B A(2)1-2] [A(2)1-0 OUT] end 输出实例: A(2)1-0:1
1.2类的设计
GateType 枚举 (Enum)：
职责：定义数字电路中所有支持的逻辑门类型，涵盖基础与复合逻辑运算的离散类型。
分析：使用枚举替代了整数、字符串等模糊的标识方式，极大提升了代码的可读性和类型安全性。例如，type 字段直接使用 GateType 类型，而非 "AND" 或 1 这类易出错的 “魔法值”，从语法层面杜绝了无效逻辑门类型的出现，让代码中逻辑门的意图一目了然。这是处理固定离散类型的最佳实践，也为后续扩展新逻辑门类型（如 NAND、NOR）提供了清晰的扩展入口。
LogicComponent 类：
职责：封装单个逻辑门组件的全部属性与行为，是数字电路的核心实体单元。
分析：它将逻辑门的元数据（类型、名称、ID、输入引脚数）、输入信号状态、输出计算结果及计算状态等核心属性捆绑为一个不可分割的对象，同时内置了输入就绪检查、输出计算、输出引脚名生成等行为。这种封装让每个逻辑门成为独立的功能单元，使得 DigitalCircuitSimulator 对组件的管理（如调度计算、信号更新）变得清晰高效，无需分散处理逻辑门的零散属性。
DigitalCircuitSimulator 类：
职责：作为数字电路仿真的 “大脑”，负责管理所有组件、信号与连接关系，执行电路解析、信号传播、组件计算调度及结果输出的核心逻辑。
分析：这是整个系统的核心控制类，封装了所有与仿真相关的业务逻辑，如 parseCircuitDescription() 解析电路描述、runSimulation() 驱动仿真流程、propagateSignalChange() 实现信号传播。通过集中管理组件映射、信号映射、连接映射等核心数据结构，它将复杂的仿真逻辑与外部交互解耦，让 Main 类只需专注于输入读取和仿真启动，无需关心仿真内部的复杂细节。
Main 类：
职责：作为程序的入口，负责读取用户输入的电路描述文本，初始化仿真器并协调仿真流程的执行，同时处理仿真过程中的异常。
分析：它扮演了 “协调者” 与 “启动器” 的角色，维护了 DigitalCircuitSimulator 的实例，通过调用其方法触发电路解析、仿真运行和结果输出。自身不包含任何核心业务逻辑，仅负责外部输入的读取和组件的协调，这种设计让核心仿真逻辑与输入输出的交互逻辑分离。
1.3类图
1.4代码分析
1.5心得体会
本次大作业作为数字电路模拟程序的第一次大作业，题目中详细的讲了电路元件的信息以及程序输入与输出的要求。这次开发中，我用LogicComponent类封装每个逻辑门的属性和行为，用GateType枚举定义门类型，又把解析、仿真、输出的逻辑拆到DigitalCircuitSimulator类中。这种设计让每个模块只做一件事，比如解析模块只处理输入文本，仿真模块只负责信号传播和计算。对比之前写的 “一锅粥” 代码，我真切感受到面向对象和模块化的好处—— 代码结构清晰，出了问题能快速定位，修改起来也不影响其他模块。
这次题目给的输入输出样例很多，我在按照输入输出样例修改代码后，就通过了全部测试点。
二.数字电路模拟程序-2
2.1题目要求
数字电路是一种处理离散信号的电子电路。与处理连续变化信号（如声音、温度）的模拟电路不同，
数字电路只识别和运算两种基本状态：高电平（通常表示为“1”） 和 低电平（通常表示为“0”）。
这正好与二进制数制系统相对应，使得数字电路成为所有计算机和数字系统的物理实现基础。
请编程实现数字电路模拟程序。
以下内容中，首行用#号标注的为本次新增的题目要求，其余内容与“数字电路模拟程序-1”相同。
1、电路元件
电路中包含与门、或门、非门、异或门、同或门、三态门、译码器、数据选择器、数据分配器九种元件。元件特征如下：
与门：
包含两个或多个输入引脚和一个输出引脚。所有输入引脚必须都是高电平，输出引脚才是高电平，只要有一个输入引脚为低电平，输出引脚输出低电平。
或门：
包含两个或多个输入引脚和一个输出引脚。所有输入引脚必须都是低电平，输出引脚才是低电平，只要有一个输入引脚为高电平，输出引脚输出高电平。
非门：
包含一个输入引脚和一个输出引脚。输出引脚的电平与输入引脚的电平相反，如输入为低电平，输出则为高电平。
异或门：
包含两个输入引脚和一个输出引脚。当两个输入引脚电平不一致时输出引脚输出高电平，否则输出低电平。
同或门：
包含两个输入引脚和一个输出引脚。当两个输入引脚电平一致时输出引脚输出高电平，否则输出低电平。
三态门：
三态门的作用类似于电路中的开关。包含一个输入引脚、一个输入控制引脚、一个输出引脚。当控制引脚为高电平时，三态门输入输出之间导通，输出电平等于输入电平；当控制引脚为低电平时，三态门输入输出之间呈现高阻态（类似开关断开），输出为无效状态。
译码器：
译码器的作用是讲输入的编码转换为一路有效信号。一个译码器包含两个或多个输入引脚(如图中的A2\A1\A0)、三个控制引脚(如图中的S3\S2\S1)、4个或多个输出引脚(如图中的Y7~Y0)。根据输入输出的数量有2-4线译码器、3-8线译码器等。
当控制引脚当S1 =1，S2 +S3 =0时，译码器正常工作，输出引脚只有一个输出信号0，其余输出为1；哪个引脚输出0由输入引脚的编码决定，例如：图中的3-8线译码器三个输入引脚信号的编码与输出引脚的编码对应，A2\A1\A0输入000时，Y0输出0，其余输出1；A2\A1\A0输入001时，Y1输出0，其余输出1；依次类推。
控制引脚不满足S1 =1，S2 +S3 =0时，译码器处于无效状态，所有输出为无效值。
数据选择器：
数据选择器的作用是从多路输入信号中选择一个，并将其信号直接送往唯一的输出端，选择哪一路输入信号由控制端决定。如图所示控制端有两个则输入端有4个，S1\S0是两个控制端，D3D0是输入端，S1\S0的4种信号组合00、01、10、11分别选择D3D0其中一路输入。如S1S0=00，则Y=D0；S1S0=01，则Y=D1；S1S0=10，则Y=D2；S1S0=11，则Y=D3
根据输入引脚数量的不同有二选一数据选择器（1个控制端）、四选一数据选择器（2个控制端）、八选一数据选择器（3个控制端）等
数据分配器：
数据分配器的作用与数据选择器正好相反，是将唯一的一路输入信号输出到多路输出引脚的其中之一，选择哪一路输出引脚输出由控制端决定。如图所示控制端有两个AB，输出端有4个W0\W1\W2\W3，D是输入端，AB的4种信号组合00、01、10、11分别选择W3~W0其中一路输出，其他三路输出为无效状态。如AB=00，则W0=D；AB=01，则W1=D；AB=10，则W2=D；AB=11，则W3=D。
根据输出引脚数量的不同有二路数据分配器（1个控制端）、四路数据分配器（2个控制端）、八路数据分配器（3个控制端）等
2、程序输入
1）#元件信息：
用A、O、N、X、Y、S 、M、Z、F分别用作
与门、或门、非门、异或门、同或门、
三态门、译码器、数据选择器、数据分配器九种元件的元件标识符。
电路中的每个与门、或门用“标识符(输入引脚数)+编号”作为其元件名。
例如：A(8)1表示一个8输入引脚的与门，O(4)2代表一个4输入引脚的或门。
电路中的每个非门、异或门、同或门用“标识符+编号”作为其元件名。
例如：X8表示一个异或门，Y4代表一个同或门，N1代表一个非门。
电路中的数据选择器、数据分配器用“标识符(控制引脚数)+编号”作为其元件名。
例如：Z(2)2代表一个四选一数据选择器，F(3)2代表一个8路数据分配器。
译码器用“标识符(输入引脚数)+编号”作为其元件名。
例如：M(3)1表示一个3-8线译码器。
约束条件：
不同元件的编号可以相同，如X4、Y4。
同一电路中同种元件的编号不可重复，可以不连续
2）#引脚信息：
引脚信息由“元件名-引脚号”构成。
例如：A(8)1-2代表与门A(8)1的2号引脚。
含控制引脚的元件如本次添加的所有元件，按控制-输入-输出的顺序排序，
每种类型的引脚按编号从小到大的顺序排序，
例如3-8线译码器M(3)1包含3个输入引脚、3个控制引脚、8个输出引脚，
M(3)1-0/1/2对应控制引脚S1/S2/S3，
M(3)1-3/4/5对应输入引脚A0/A1/A2，
M(3)1-6/7/8/9/10/11/12/13对应输出引脚Y0~Y7。
又如三态门的三个引脚，0号引脚为控制端、1号引脚为输入端、2号引脚为输出端。
3）电路的输入信息：
电路的输入格式：
INPUT:英文空格+输入1+”-”+输入信号1+英文空格+输入2+....+输入n+”-”+输入信号n
例如：
“INPUT: A-0 B-1 C-0”
代表整个电路包括3个输入：A、B、C 分别输入0,1,0信号。
4）连接信息
引脚的连接信息格式：
[输出引脚+英文空格+输入引脚1+。。。。+英文空格+输入引脚]
例如：
[A A(8)1-1 A(8)1-3 X5-2]
代表信号从引脚A发送给与门A(8)1的1、3两个引脚，以及异或门X5的2号引脚。
[Y8-0 N1-1 O(4)2-3 Y2-1]
代表信号从引脚Y8-0发送给非门N1的1号引脚、或门O(4)2的3号引脚、同或门Y2的1号引脚。
约束条件：
一个输出引脚可以连接多个输入引脚，即将输出引脚的信号传给每一个输入引脚。但一个输入引脚不能连接多个输出引脚。
输出引脚不能短接在一起。
5）输入结束信息
所有输入以end为结束标志，end之后出现的内容忽略不计
3、#程序输出
按照与门、或门、非门、异或门、同或门、三态门、译码器、数据选择器、数据分配器的顺序依次输出所有元件的输出引脚电平。
同类元件按编号从小到大的顺序排序。#如果某个元件的引脚没有接有效输入、输入输出之间断开（如三态门）或控制引脚输入无效，元件输出无效，程序输出忽略该元件。
#译码器不输出引脚电平，输出其输出为0的引脚的编号。如“M(3)1:3”代表译码器M3的输出引脚Y3输出0，其他引脚输出1。
#数据分配器按引脚编号从小到大的顺序输出所有输出引脚的信号，无效状态引脚输出“-”。如“F(2)1:--0-”代表分配器F1的输出引脚W2输出0信号，其他三个引脚为无效状态。
4、测试输入默认满足以下条件：
1）每个元件的输入引脚连续编号。假设元件有n个输入引脚，则其编号取值范围为\[1,n\],且引脚号不重复。
2）本题涉及的五种元件都只有一个输出引脚，输出引脚号默认为0。
2.2类的设计
CircuitComponentType 枚举 (Enum)
职责：定义数字电路中所有支持的电路元件类型，涵盖基础逻辑门、复合逻辑模块的离散类型，作为元件类型的唯一标识。
分析：采用枚举替代字符串、整数等无类型安全的标识方式，是处理固定离散类型的最佳实践。
CircuitElement 类
职责：封装单个电路元件的全部属性与行为，是数字电路的核心实体单元，承载了元件的状态管理与输出计算逻辑。
分析：该类遵循面向对象的封装原则，将元件的元数据、状态数据与行为捆绑为一个独立的功能单元。其中，checkAllRequiredPinsFilled() 方法实现了输入引脚的有效性校验，保证计算前的状态合法性；
CircuitPinUtils 类
职责：提供电路引脚标识的通用解析与判断工具方法，是整个系统的引脚处理工具类。
分析：作为静态工具类，它将引脚标识的解析（提取元件名、引脚号）、输出引脚判断等通用逻辑抽离出来，避免了在CircuitSimulator等核心类中重复编写相同的字符串处理代码。
CircuitSimulator 类
职责：作为数字电路仿真的 “大脑”，负责管理所有电路元件、信号与连接关系，执行电路配置解析、信号传播、元件计算调度及仿真结果输出的核心逻辑。
分析：这是整个系统的核心控制类，通过多个集合数据结构（elementMap管理元件、signalValueMap管理信号值、connectionRelationMap管理连接关系、calculateQueue调度计算任务）实现了对仿真状态的集中管理。其中，parseCircuitConfig() 方法解析外部输入的电路配置，将配置分为外部输入和线路连接两部分分别处理，实现了配置解析的模块化；
Main 类
职责：作为程序的入口，负责读取用户输入的电路配置文本，初始化仿真器并协调仿真流程的执行。
分析：它扮演了 “协调者” 与 “启动器” 的角色，仅负责外部输入的读取和仿真组件的协调，不包含任何核心业务逻辑。
2.3类图
2.4代码分析
2.5分析总结
第二次大作业相较第一次，核心新增 4 类复合功能元件：三态门、译码器、数据选择器、数据分配器，元件体系从 5 种基础逻辑门扩展为 9 种。新增元件引入控制引脚，引脚规则升级为 “控制 - 输入 - 输出” 排序。输入约束新增 “输出引脚不可短接”，输出格式差异化：译码器输出低电平引脚编号，数据分配器用 “-” 标识无效状态，同时强化无效输出过滤规则，仿真逻辑新增控制条件判断与状态校验。
在本次大作业中，实现难点在于新增元件的控制引脚逻辑处理和差异化输出格式适配。我通过以下两点：一是拆分元件计算逻辑为独立方法，通过控制引脚状态校验区分有效 / 无效计算场景；二是针对不同元件设计专属输出方法，按规则过滤无效输出，保证格式匹配。通过了部分测试点，但仍有部分测试点未通过。
三.总结
本次两次大作业实现了从5 种基础逻辑门到9 种复合元件的数字电路仿真进阶。开发中，第一次作业遇到元件命名解析错误、有效输入判断疏漏的问题，通过精准截取元件名参数、编写引脚赋值校验方法解决。第二次作业核心难点是控制引脚与输入引脚区分混乱、差异化输出适配难、无效状态过滤不彻底，我通过按引脚规则区分赋值集合、设计元件专属输出逻辑、新增isOutputValid属性校验状态，一步一步解决问题。
