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title: 2022q1 Homework1 (quiz1)

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# 2022q1 Homework1 (quiz1)

contributed by < [2020leon](https://github.com/2020leon) >

## [作業要求](https://hackmd.io/@sysprog/B166rc3Jq)

- [ ] 重新回答[第 1 周測驗題](https://hackmd.io/@sysprog/linux2022-quiz1)^從測驗一到測驗四^，附帶的「==延伸問題==」也需要完成
     - 解釋程式運作原理時，應提供對應的 [Graphviz](https://graphviz.org/) 圖例，可參照 [Linked List 題目 1 + 分析](https://hackmd.io/@sysprog/linked-list-quiz)
- [ ] 比照 [課前測驗參考解答: Q1](https://hackmd.io/s/ByzoiggIb), [Linked list 題目分析](https://hackmd.io/s/HyELy5bTz) 和 [參考題解](https://hackmd.io/@RinHizakura/BysgszHNw) 的模式來撰寫共筆，需要詳細分析自己的思路、參閱的材料 (以第一手材料為主，包含 C 語言規格書的章節)，以及==進行相關實驗==。
- [x] 將你的共筆加到 [2022q1 Homework1 (作業區)](https://hackmd.io/@sysprog/linux2022-homework1)

## [測驗題目](https://hackmd.io/@sysprog/linux2022-quiz1)

### 測驗 `1`

#### 測驗 `1` 資料結構

從題目中萃取資料結構。

```c
struct hlist_node { struct hlist_node *next, **pprev; };
struct hlist_head { struct hlist_node *first; };
typedef struct { int bits; struct hlist_head *ht; } map_t;
struct hash_key {
    int key;
    void *data;
    struct hlist_node node;
};
```

![](https://i.imgur.com/QYQLqvC.png)

- `map_t` 為一雜湊表的實做，其最主要的成員為 `ht` ，即一指向 `struct hlist_head` 的指標。而 `bits` 則為定義其大小。然 `bits` 並非直接定義 `map_t` 的大小，其值表示以二為底的指數。更明確來說， `map_t` 的大小為二的 `bits` 次方。此可由以下巨集得知及函式實做得知
    ```c
    #define MAP_HASH_SIZE(bits) (1 << bits)
    ```
    ```c
    map->ht = malloc(sizeof(struct hlist_head) * MAP_HASH_SIZE(map->bits));
    ```
- `struct hlist_head` 僅為 `struct hlist_node` 的包裝
- `struct hlist_node` 內含 `next` 指向下一個節點，及 `pprev` 指向前一個節點的 `next` 成員
- `struct hash_key` 可理解為繼承 `struct hlist_node` 的結構，用於儲存資料本身

#### 測驗 `1` 填空

本題主要針對下方函式填空。

```c
void map_add(map_t *map, int key, void *data)
{
    struct hash_key *kn = find_key(map, key);
    if (kn)
        return;

    kn = malloc(sizeof(struct hash_key));
    kn->key = key, kn->data = data;

    struct hlist_head *h = &map->ht[hash(key, map->bits)];
    struct hlist_node *n = &kn->node, *first = h->first;
    AAA;
    if (first)
        first->pprev = &n->next;
    h->first = n;
    BBB;
}
```

該函式主要目的為新增一筆資料至 hash table 中。藉 `first->pprev = &n->next` 可知該函式會將欲插入的資料放置至 list 的頭位置，因此 `AAA` 或 `BBB` 要分別針對 `n` 的 `pprev` 和 `next` 賦值。其中 `n->next = first` 、 `n->pprev = &h->first` （ `h` 為指向該 list 的頭結構 `struct hlist_head` 的指標），最後根據選項將上述二賦值式分別填入其中。

| 陳述式 | 答案                    |
| ----- | ---------------------- |
| `AAA` | `n->next = first`      |
| `BBB` | `n->pprev = &h->first` |

### 測驗 `2`

#### 測驗 `2` 資料結構

從題目中萃取資料結構。

```c
struct ListNode {
    int val;
    struct ListNode *next;
};
```

- `struct ListNode` 為一簡單的單向 linked list 

#### 測驗 `2` 填空

```c
struct ListNode *deleteDuplicates(struct ListNode *head)
{
    if (!head)
        return NULL;

    if (COND1) {
        /* Remove all duplicate numbers */
        while (COND2)
            head = head->next;
        return deleteDuplicates(head->next);
    }

    head->next = deleteDuplicates(head->next);
    return head;
}
```

本題需針對上述程式碼中的 `COND1` 及 `COND2` 進行填空。藉由觀察上述程式碼可發現其為一遞迴函式：藉遞迴的方式將重複的數字移除。

填空時可由內而外解題。由於本函式的目的為將重複的數字移除，故先推論 `COND2` 為 `head->val == head->next->val` ，又因在比較時須確保 `head->next` 不為 `NULL` ，因此其應為 `head->next && head->val == head->next->val` 。再看 `COND1` ，由於只有含重複數字的 list 才需進入該區塊，因此條件同 `COND2` 。

| 陳述式   | 答案                                          |
| ------- | -------------------------------------------- |
| `COND1` | `head->next && head->val == head->next->val` |
| `COND2` | `head->next && head->val == head->next->val` |

#### 避免遞迴版本

```c
struct ListNode *_deleteDuplicates(struct ListNode *head)
{
    struct ListNode *_head = NULL, **pptr = &_head;
    while (head) {
        while (head && head->next && head->val == head->next->val) {
            /* Remove all duplicate numbers */
            while (head->next && head->val == head->next->val)
                head = head->next;
            head = head->next;
        }
        *pptr = head;
        if (head) {
            pptr = &head->next;
            head = head->next;
        }
    }
    return _head;
}
```

#### Circular Doubly-linked List 版本

參見：[linux2022-lab0#q_delete_dup](https://hackmd.io/@6649/linux2022-lab0#q_delete_dup)

### 測驗 `3`

#### 測驗 `3` 資料結構

```c
typedef struct {
    int capacity, count;             
    struct list_head dhead, hheads[];
} LRUCache;
    
typedef struct {
    int key, value;
    struct list_head hlink, dlink;
} LRUNode;
```

- `LRUCache` 內含四個成員： `capacity` 為定義快取的大小、 `count` 為紀錄目前有效內容的變數、 `dhead` 為快取的所在、 `hheads` 為 flexible array member ，內容為所有的資料
- `LRUNode` 為用於儲存資料的結構，內含四個成員： `key` 為搜尋時的唯一值， `value` 為所儲存的資料、 `hlink` 為在 `LRUCache::hheads[]` 中的 `struct list_head` 結構、 `dlink` 則為在 `LRUCache::dhead` 中的 `struct list_head` 結構

#### 測驗 `3` 填空

本題需針對下方各區塊程式碼的 `MMM1` 、 `MMM2` 、 `MMM3` 及 `MMM4` 進行填空，其均為 Linux 核心風格的 list 巨集，以 `list_` 開頭。

首先是 `MMM1` 。

```c
void lRUCacheFree(LRUCache *obj)
{       
    LRUNode *lru, *n;
    MMM1 (lru, n, &obj->dhead, dlink) {
        list_del(&lru->dlink);
        free(lru);
    }
    free(obj); 
}
```

其答案應為 `list_for_each_entry_safe` 。藉由函式名稱得知此函式應會刪除所有的節點，因此在所有 `list_for_each_` 開頭及 `_safe` 結尾的巨集均為候選，再來根據資料型態可知應填 `list_for_each_entry_save` 。

再來是 `MMM2` 。

```c
int lRUCacheGet(LRUCache *obj, int key)
{
    LRUNode *lru;
    int hash = key % obj->capacity;
    MMM2 (lru, &obj->hheads[hash], hlink) {
        if (lru->key == key) {
            list_move(&lru->dlink, &obj->dhead);
            return lru->value;
        }
    }
    return -1;
}
```

該函式功能為遍歷 `obj->hheads[hash]` 以尋找對應的值，並將找到的值放入 `obj->dhead` 中。根據功能及資料型態，答案應為 `list_for_each_entry` 。

最後是 `MMM3` 及 `MMM4` 。

```c
void lRUCachePut(LRUCache *obj, int key, int value)
{
    LRUNode *lru;
    int hash = key % obj->capacity;
    MMM3 (lru, &obj->hheads[hash], hlink) {
        if (lru->key == key) {
            list_move(&lru->dlink, &obj->dhead);
            lru->value = value;
            return;
        }
    }

    if (obj->count == obj->capacity) {
        lru = MMM4(&obj->dhead, LRUNode, dlink);
        list_del(&lru->dlink);
        list_del(&lru->hlink);
    } else {
        lru = malloc(sizeof(LRUNode));
        obj->count++;
    }
    lru->key = key;
    list_add(&lru->dlink, &obj->dhead);
    list_add(&lru->hlink, &obj->hheads[hash]);
    lru->value = value;
}
```

`MMM3` 的功能同 `MMM2` ，因此填 `list_for_each_entry` 。

`MMM4` 是要在快取已滿的情況下從相關的 list 移除節點。觀察 `lRUCacheGet` 與 `lRUCachePut` 可知最新的節點會在 list 的頭部，為符合 LRU ，須將位在最尾端的節點移除，因此答案應為 `list_last_entry` 。

| 陳述式  | 答案                        |
| ------ | -------------------------- |
| `MMM1` | `list_for_each_entry_save` |
| `MMM2` | `list_for_each_entry`      |
| `MMM3` | `list_for_each_entry`      |
| `MMM4` | `list_last_entry`          |

### 測驗 `4`

#### 測驗 `4` 資料結構

```c
struct seq_node {
    int num;
    struct list_head link;
};
```

- `struct seq_node` 內含兩個成員： `num` 用於儲存數字、而 `link` 則是用於串接其他 `struct list_head` 物件用的

#### 測驗 `4` 填空

本題需要填空的空格為 `LLL` 及 `RRR` 。

```c
int longestConsecutive(int *nums, int n_size)
{
    int hash, length = 0;
    struct seq_node *node;
    struct list_head *heads = malloc(n_size * sizeof(*heads));

    for (int i = 0; i < n_size; i++)
        INIT_LIST_HEAD(&heads[i]);

    for (int i = 0; i < n_size; i++) {
        if (!find(nums[i], n_size, heads)) {
            hash = nums[i] < 0 ? -nums[i] % n_size : nums[i] % n_size;
            node = malloc(sizeof(*node));
            node->num = nums[i];
            list_add(&node->link, &heads[hash]);
        }
    }

    for (int i = 0; i < n_size; i++) {
        int len = 0;
        int num;
        node = find(nums[i], n_size, heads);
        while (node) {
            len++;
            num = node->num;
            list_del(&node->link);

            int left = num, right = num;
            while ((node = find(LLL, n_size, heads))) {
                len++;
                list_del(&node->link);
            }

            while ((node = find(RRR, n_size, heads))) {
                len++;
                list_del(&node->link);
            }

            length = len > length ? len : length;
        }
    }

    return length;
}
```

此函式輸入一個整數陣列，輸出 Longest Consecutive Sequence 的長度。函式 `longestConsecutive` 上半部將整數陣列轉換成 `struct list_head` 。觀察 `LLL` 及 `RRR` 的位置，可知其嘗試在 list 中尋找是否有鄰近的數字。觀察變數 `left` 和 `right` 的宣告，可得其初始值均為 `num` ，也就是 `node->num` 。因此在尋找鄰近數字時，應尋找已經加一或減一的數值。綜觀選項， `LLL` 應填入 `--left` ，而 `RRR` 應填入 `++right` 。

| 陳述式 | 答案       |
| ----- | --------- |
| `LLL` | `--left`  |
| `RRR` | `++right` |
