Соединение множества классов вместе

Хм, я действительно не знаю, какой титул будет лучшим. Итак, я пытаюсь реализовать "логический конструктор схем" (а не домашнюю работу, для обучения). Я начал с простого примера: учитывая входной порт, выходной порт, 2 провода, источник питания и реле. Схема будет выглядеть так:

• входной порт подключен к 1-му проводу
• выходной порт iis подключен к 2-му проводу
• другой конец второго провода подключен к мощности
• 2 провода подключены посередине с помощью реле

Выглядит как:

->in------------------------>
                         |
        power-----------relay----------out->

Это просто отрицает входной бит. Я реализую его в C++, поэтому хочу создать хорошую иерархию классов. Как вы видите, входы могут быть подключены к проводам, выходам к проводам, проводам к реле и другим вариантам. Для этого у меня есть пустой port класса, и это базовый класс всех проводов, реле и т.д. Пример кода может выглядеть так:

struct port {
    //nothing
};

struct power : public port {
    bool poweron = true;
};

struct relay : public port {
    port* input;
    bool on; //will depend on input wire signal
};

struct wire : public port {
    port* input; //input end
    port* output; //output end
    std::vector<port*> outports; //output sockets for additional branching
    std::vector<port*> inports;  //input sockets for additional branching
};

struct bit_input : public port {
    port* output; //bit input can be vector too
};

struct bit_output : public port {
    port* input; //only one input bit to the bit output (lol)
};

int main(void)
{
    bit_input bin;
    bit_output bout;
    wire w0, w1;
    power p;
    relay r;

    ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

    bin.output = &w0; //input wire connected to boolean input output:    ->bin------->
    bout.input = &w1;  //output wire connected to boolean output input:         ------->bout->

    w1.input = &p; //output wire input end is set to the power supply        power------->bout->
    w1.output = &bout; //output wire output end is set to the boolean output

    w0.input = &bin; //input wire input end is set to the boolean input output

    ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

    w0.outports.push_back(&r); //one of input wire output port is set to the relay;     ->bin---|--->
                                                                                    //          relay
                                                                                    //     power--|---->bout->
    w1.inports.push_back(&r); //relay is connected to one of output wire inut ports too

    ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

    r.input = &w0; //relay input bit is set to input wire

    return 0;
};

Это просто быстрый код, без интерфейса для выполнения соединений. Итак, есть (конечно, есть) лучшие способы сделать такую иерархию, с большим количеством ссылок на все вместе. Это был просто пример, потому что он все еще не обрабатывает сигналы, ветвление и так далее...

Основная проблема заключается в использовании указателей для соединения частей вместе, потому что для этого я должен отслеживать типы при указателях разыменования. Поэтому я мог бы использовать указатели void для этого... Я пытался использовать прямо указатели на эти структуры, но должен был создавать шаблоны, например, wire<power_supply, wire<whatever,whatever>> для подключения входного провода можно подключить к источнику питания, конец на другой провод. Но провод - это шаблон, поэтому, когда я хочу подключить до 1000 проводов, это не приводит к чему-то хорошему. Я не нашел хороших решений в случае более чем двух классов, на которые нужно ссылаться друг друга.