c++模拟4bit加法器

Question

要求如图
请编程实现4比特加法器，要求如下：
1)定义一个枚举类型BIT，表示1比特数，代码如下：typedef enum BIT{Zero,One};
2）定义一个数组类型FOUR表示4比特数，代码如下：typedef BIT FOUR[4]; 下面的代码定义了一个四比特数X，并初始化为0110：FOUR X={Zero,One,One,Zero};下面的代码将X修改为101

Answer 1

#include <iostream>
using namespace std;

//定义一个枚举类型BIT，表示1比特数
typedef enum BIT{Zero,One} BIT;

//定义一个数组类型FOUR表示4比特数
typedef BIT FOUR[4];

//编写一个函数，在控制台上输出一个四比特数
void print_four(FOUR X){
    for(int i=3;i>=0;i--){
        cout<<X[i];
    }
}

//编写三个函数，分别实现与门，或门以及异或门
BIT and_gate(BIT X, BIT Y){
    if(X==One && Y==One){
        return One;
    }
    else{
        return Zero;
    }
}

BIT or_gate(BIT X, BIT Y){
    if(X==Zero && Y==Zero){
        return Zero;
    }
    else{
        return One;
    }
}

BIT xor_gate(BIT X, BIT Y){
    if(X==Y){
        return Zero;
    }
    else{
        return One;
    }
}

//编写一个函数，实现1bit半加器
void half_adder(BIT X, BIT Y, BIT &S, BIT &C){
    S = xor_gate(X,Y); //和为异或门的输出
    C = and_gate(X,Y); //进位为与门的输出
}

//编写一个函数，实现1bit全加器
void full_adder(BIT X, BIT Y, BIT C_in, BIT &S, BIT &C_out){
    BIT S1, C1, C2; //定义中间变量
    half_adder(X,Y,S1,C1); //调用半加器计算X和Y的和与进位
    half_adder(S1,C_in,S,C2); //调用半加器计算S1和C_in的和与进位
    C_out = or_gate(C1,C2); //进位为C1和C2的或门的输出
}

//编写一个函数，参数包括两个运算数XY以及进位，通过调用全加器计算XY的求和结果与进位，并在控制台上输出一行，显示运算数以及运算结果
void test_one_bit_adder(BIT X, BIT Y, BIT C_in){
    BIT S, C_out; //定义输出变量
    full_adder(X,Y,C_in,S,C_out); //调用全加器计算结果
    cout<<X<<" + "<<Y<<" + "<<C_in<<" = "<<S<<" ("<<C_out<<")"<<endl; //输出格式为X + Y + C_in = S (C_out)
}

//编写一个测试1比特全加器的函数，在该函数中使用所有可能的来测试1比特全加器，并调用7) 中的函数输出结果
void test_all_one_bit_adder(){
    cout<<"Testing 1 bit adder:"<<endl;
    test_one_bit_adder(Zero,Zero,Zero); //测试000
    test_one_bit_adder(Zero,Zero,One);  //测试001
    test_one_bit_adder(Zero,One,Zero);  //测试010
    test_one_bit_adder(Zero,One,One);   //测试011
    test_one_bit_adder(One,Zero,Zero);  //测试100
    test_one_bit_adder(One,Zero,One);   //测试101
    test_one_bit_adder(One,One,Zero);   //测试110
    test_one_bit_adder(One,One,One);    //测试111
}

//编写一个函数实现4比特加法器，函数的参数是两个FOUR类型的数据，以及一个BIT类型的数据表示进位,
//函数的计算结果为一个FOUR类型的数据以及产生的进位。
void four_bit_adder(FOUR X, FOUR Y, BIT C_in, FOUR &S, BIT &C_out){
    for(int i=0;i<4;i++){
        full_adder(X[i],Y[i],C_in,S[i],C_out); //从低位到高位依次调用全加器计算结果
        C_in = C_out; //将当前进位作为下一位的输入进位
    }
}

//编写一个函数，该函数8%用一个测试用例来测试4比特加法器，函数的参数是两个FOUR类型的数据，表示运算数XY。
//该函数通过调用4比特加法器，计算X+Y的和S以及进位 ，并在控制台上输出一行，格式为XY，S
void test_one_four_bit_adder(FOUR X, FOUR Y){
    FOUR S; //定义输出变量
    BIT C_out; //定义输出进位
    four_bit_adder(X,Y,Zero,S,C_out); //调用4比特加法器计算结果，初始进位为0
    cout<<"X = "; print_four(X); cout<<endl; //输出X
    cout<<"Y = "; print_four(Y); cout<<endl; //输出Y
    cout<<"S = "; print_four(S); cout<<endl; //输出S
    cout<<"C_out = "<<C_out<<endl; //输出C_out
}

//编写一个函数，用于测试4比特加法器，该函数通过调用10) 中的函使用多个不同的测试用例测试4比特加法器。
void test_all_four_bit_adder(){
    cout<<"Testing 4 bit adder:"<<endl;
    FOUR X1={Zero,Zero,One,One}; //定义第一个测试用例
    FOUR Y1={One,Zero,One,Zero};
    test_one_four_bit_adder(X1,Y1); //测试第一个用例

    FOUR X2={One,Zero,One,One}; //定义第二个测试用例
    FOUR Y2={One,Zero,One,Zero};
    test_one_four_bit_adder(X2,Y2); //测试第二个用例

    FOUR X3={One,Zero,One,One}; //定义第三个测试用例
    FOUR Y3={Zero,Zero,One,Zero};
    test_one_four_bit_adder(X3,Y3); //测试第三个用例

    FOUR X4={One,One,One,One}; //定义第四个测试用例
    FOUR Y4={Zero,One,One,Zero};
    test_one_four_bit_adder(X4,Y4); //测试第四个用例
}

int main(){
    test_all_one_bit_adder(); //调用函数测试1比特全加器
    cout<<endl;
    test_all_four_bit_adder(); //调用函数测试4比特加法器
    return 0;
}