# 2024q1 Homework1 (lab0)
contributed by < `SimonLee0316` >

### Reviewed by `ssheep773`
在 `q_merge` 中的 `merge` 函式，避免在程式碼內輸入中文，若須說明解釋程式可以在內文處說明。也發現許多英文兩邊沒有空格隔開，再麻煩注意

if (比較大小如果右邊比較小) {
    struct list_head *next_right = right->next;
    if (是第一次比大小) {

### Reviewed by `SuNsHiNe-75`
<s>
- 避免非必要的項目縮排 (即 `*` 和 `-` )，以清晰、明確，且流暢的漢語書寫。
- 數字或英文等字元，兩邊應要有空格來隔開。
- 注意標點符號的使用，有些地方都沒有「句號」。
- 請把完整程式碼移除，如要討論才將要討論之部分「重點列出」。
- 若有參考同學的開發紀錄，記得標註他。
</s>

> 你的洞見呢？與其談「心法」，不如設想「如果我是你」，我會怎麼做，示範一次給同學看，而且檢討自己哪裡沒做好，從而呼應原本學員的不足處。
> 清楚標示學員的 git commits 和敘述的不足處，予以檢討。
> [軟體工程師要學會說故事](https://ruddyblog.wordpress.com/2016/06/18/)，本作業要求學員從良性詳盡的批評開始。繼續檢討！
> :notes: jserv
### Reviewed by `stevendd543`
* 建議將其程式碼內中文註解轉換成英文表達，用中文表達會更難理解。

### Reviewed by `st10740`
* [commit 843533a](https://github.com/sysprog21/lab0-c/commit/843533a986e60854cfd4c1b1e241447cb6cb6705) 把對不同功能的新增和修改放在同一個 commit，可以把它們分開，方便後續的維護。
## 開發環境

$ gcc --version
gcc (Ubuntu 11.4.0-1ubuntu1~22.04) 11.4.0

$lscpu
Architecture:            x86_64
  CPU op-mode(s):        32-bit, 64-bit
  Address sizes:         39 bits physical, 48 bits virtual
  Byte Order:            Little Endian
CPU(s):                  16
  On-line CPU(s) list:   0-15
Vendor ID:               GenuineIntel
  Model name:            Intel(R) Core(TM) i7-10700 CPU @ 2.90GHz
    CPU family:          6
    Model:               165
    Thread(s) per core:  2
    Core(s) per socket:  8
    Socket(s):           1
    Stepping:            5
    CPU max MHz:         4800.0000
    CPU min MHz:         800.0000
    BogoMIPS:            5799.77

## 指定的佇列操作
### q_new

使用 `INIT_LIST_HEAD` 來初始化 `list_head`

:::danger
HackMD 不是讓你張貼完整程式碼的地方，GitHub 才是！因此你在開發紀錄只該列出關鍵程式碼 (善用 diff 標示)，可附上對應 GitHub commit 的超連結，列出程式碼是為了「檢討」和「便於他人參與討論」，不是用來「假裝自己有付出」
:::

### q_free

:::danger
中文和英文字元之間要有空白字元 (對排版和文字搜尋有利)
:::

* 使用 `q_release_element` 將佇列內所有 element 都釋放

void q_free(struct list_head *head)
{
    struct list_head *current = head->next;
    while (head != current) {
        q_release_element(container_of(current, element_t, list));
        current = current->next;
    }
    free(head);
}

* 發現如果先把 current element realease ，會造成 找不到下一個 element

- q_release_element(container_of(current, element_t, list));
+ q_release_element(container_of(current->prev, element_t, list));

### q_insert_head

:::danger
避免非必要的項目列表 (即 `* `)，使用清晰明確的漢語書寫。
:::

* 建立一個 element，將要插入的字串 assign 給 `element->value`
* 透過 [The Linux Kernel API](https://www.kernel.org/doc/html/latest/core-api/kernel-api.html) 內的`list_add`將 `new->list`插在 head 的前面

bool q_insert_head(struct list_head *head, char *s)
{
    element_t *new = malloc(sizeof(element_t));
    new->value = c;
    list_add(&new->list, head);

    return true;
}

* 用 c 來代表 copy 不好了解，改為 copy
* 在跑 test case #17 `q_insert_tail, q_insert_head, q_remove_tail, and q_remove_head is constant`時，每個 operation 都出現 ==Probably not constant time or wrong implementation==，在想是否要先 malloc 給 `new->value`，在 `strcpy()`，但問題依然存在

- char *c = strdup(s);
- if (!c) {
-    free(new);
+ int len = strlen(s);
+ new->value = malloc(sizeof(char) * len + 1);
+ if (!new->value) {
+    q_release_element(new);
+ new->value = c;
+strncpy(new->value, s, len + 1);

### q_insert_tail
* 建立一個 element，將要插入的值 assign 給 `element->value`
* 透過 [The Linux Kernel API](https://www.kernel.org/doc/html/latest/core-api/kernel-api.html) 內的`list_add_tail`將新建的節點插在 head 的後面

bool q_insert_tail(struct list_head *head, char *s)
{
    element_t *new = malloc(sizeof(element_t));
    new->value = c;
    list_add_tail(&new->list, head);

    return true;
}

* 問題同 q_insert_head

- char *c = strdup(s);
- if (!c) {
- free(new);
+ int len = strlen(s);
+ new->value = malloc(sizeof(char) * len + 1);
+ if (!new->value) {
+ q_release_element(new);

### q_remove_head

* 透過 `list.h` 內的 `list_first_entry` 得到 在佇列內的第一個 element，宣告一個 `element_t *felement` 將第一個 element assign 給 `felement`
* 且使用`list_del_init` 將 first element 移除

element_t *q_remove_head(struct list_head *head, char *sp, size_t bufsize)
{
    element_t *felement = list_first_entry(head, element_t, list);
    list_del_init(head->next);

    if (!sp)
        return NULL;
    strncpy(sp, felement->value, bufsize);

    return felement;
}

* 問題同 q_insert_head

- if (!head)
+ if (!head || q_size(head) == 0)
- if (!sp)
-    return NULL;
+ strncpy(sp, felement->value, bufsize);
+ if (sp) {
+     strncpy(sp, felement->value, bufsize - 1);
+     *(sp + bufsize - 1) = '\0';
+ }

### q_remove_tail

* 透過 `list.h` 內的 `list_last_entry` 得到 在佇列內的最後一個 element，宣告一個 `element_t *Lastelement` 將最後一個 element assign 給 `Lastelement`
* 且使用 `list_del` 將 last element 移除
* 透過 [The Linux Kernel API](https://www.kernel.org/doc/html/latest/core-api/kernel-api.html) 內的 `strncpy()` 將 `Lastelement->value` 複製到 `sp`

element_t *q_remove_tail(struct list_head *head, char *sp, size_t bufsize)
{
    element_t *Lastelement = list_last_entry(head, element_t, list);
    list_del(head->prev);

    if (!sp)
        return NULL;
    strncpy(sp, Lastelement->value, bufsize);
    return Lastelement;
}
}

* 問題同 q_insert_head
* 使用 `list_del_init` 來避免問題

+ if (!head || q_size(head) == 0)
+     return NULL;
- list_del(head->prev);
+ list_del_init(head->prev);

- if (!sp)
+ if (!Lastelement)
- strncpy(sp, Lastelement->value, bufsize);

+ if (sp) {
+     strncpy(sp, Lastelement->value, bufsize - 1);
+     *(sp + bufsize - 1) = '\0';
+ }

### q_size

:::danger
:warning: 留意詞彙的使用：
* [資訊科技詞彙翻譯](https://hackmd.io/@sysprog/it-vocabulary)
* [詞彙對照表](https://hackmd.io/@l10n-tw/glossaries)
:::

* 透過 `list.h` 內提供的 `list_for_each` 迭代走訪整個串列同時長度加一

int q_size(struct list_head *head)
{
    if (!head)
        return 0;
    int len = 0;

    struct list_head *li;

    list_for_each (li, head)
        len++;
    return len;
}

* 多加規則

- if (!head)
+ if (!head || list_empty(head))

### q_delete_mid

* 使用 [你所不知道的 C 語言: linked list 和非連續記憶體](https://hackmd.io/@sysprog/c-linked-list#Merge-Sort-%E7%9A%84%E5%AF%A6%E4%BD%9C) 內提到的快慢指標方式來找 middle node
* 並且透過 `list.h` 內的 `list_del()` 將其刪除
* 使用 `queue.h` 內的 `q_release_element()` 將 element of middle node realease

bool q_delete_mid(struct list_head *head)
{
    for (struct list_head *fast = head->next;
         head != fast && head != fast->next; fast = fast->next->next)
        slow = slow->next;

    struct list_head *mid = slow->next;

    list_del(mid);
    q_release_element(container_of(mid, element_t, list));

    return true;
}

* 使用 `list_del_init` 來避免問題

- list_del(mid);
+ list_del_init(mid);

### q_delete_dup

:::danger
- [ ] traverse (動詞) 和 traversal (名詞)

根據 Dictionary.com 的[解釋](https://www.dictionary.com/browse/traverse
): (作為及物動詞和不及物動詞都有類似的意思，以下列出作為及物動詞的寓意)
* to pass or move over, along, or through.
* to go to and fro over or along.

其實這意思很好懂，就像我們「走過」/「穿越」校園一般，於是 traverse a linked list 就會是「(用某種手段) 存取多個鏈結串列的節點」，但這裡卻沒有必要「所有」的範圍：英語的 "move over/through" 用於某個區域時，根本沒有這樣的隱含意義。如果將 traverse 翻譯為「遍歷」，就會導致「超譯」，也就是跳脫「直譯」和「意譯」。

當我們回頭看 "traverse" 所在的技術描述內容，例如 "traverse every node"，若翻譯為「遍歷每個節點」，那麼既然都「遍」(意即「全面」、「到處」)，又何來「每個」節點呢？於是，合理的翻譯應改為「逐一走訪每個節點」 —— 差異在哪？在 "traverse every node" 的應用場景中，可能是我們嘗試在鏈結串列尋找特定的節點內含的資料，一旦找到就停止，或者我們要偵測給定的鏈結串列是否包含環狀 (circular) 結構 ，並沒有真的要「遍」(到處/全面)「歷」(意即「經過」) 每個節點。在我們的用語中，要區分「意圖」(intention) 和「實際作用」(reaction)，濫用「遍歷」會使得語意不清，從而難以推測英語原文的訴求。

還有個更重要的原因是，「遍歷」這詞已在理工領域存在，且廣泛使用，即「遍歷理論」(Ergodic theory)，後者是研究具有不變測度 (invariant measure) 的動力系統及其相關問題的一個數學分支。 遍歷理論研究遍歷變換，由試圖證明統計物理中的遍歷假設 (Ergodic hypothesis) 演進而來。

在統計學中，若單一個物理系統在不同時間內重複相同的實驗 (如丟擲一枚硬幣)，其取樣數據所得的統計結果 (如硬幣出現正面的機率) 和極多個完全相同的物理系統的系集 (如丟極多個相同的硬幣) 在同時作相同的實驗取樣數據的統計結果假設為相同時，此種假設即稱為「遍歷性假設」或「遍歷假設」。基於這個假設，對時間平均的統計方式及結果，便可由對系集的平均及統計方式得到。在一般物理系統中，尤其在統計力學範圖中，均採用此遍歷性假設為基本的假設。在流體力學中對亂流的實驗分析，亦是採用此假設。

遍歷 (Ergodic) 源於以下二個希臘詞：
* ergon (對應英語的 work)
* odos (對應英語的 path 或 way)

最初這是由奧地利物理學家波茲曼 ([Ludwig Boltzmann](https://en.wikipedia.org/wiki/Ludwig_Boltzmann)) 於統計力學領域 (statistical mechanics) 提出的概念，其一廣為人知的結果是：在經過長時間後，時間平均將會趨近空間平均。此事實在動力系統扮演極重要的角色，在隨機分析領域亦然。

因此，若貿然將 traverse 翻譯為「遍歷」，一來語意不清，二來增加和理工多項領域專業人員的溝通成本，實在得不償失。

$\to$ [資訊科技詞彙翻譯](https://hackmd.io/@sysprog/it-vocabulary)
:::

使用`list_h`內的`list_for_each_entry_safe()`來<s>遍歷 </s> 逐一走訪所有 entry

使用`strcmp()`比較 `current->value` 和 `safe->value` 是否相同

如果一樣則使用`list_h`內的`list_del_init`將`current->list`從 `list_head` 中移除，並把`flag`設成 `true`

這邊會有一個問題是在<s>遍歷</s> 逐一走訪到最後一個 entry 的時候`safe->value`是沒有值的會造成錯誤，參考[C 語言規格書](https://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg14/www/docs/n1256.pdf)[6.5.15] 提到在`if (a && b)` 中如果 a 的condition 是 false 則 b 不會做，所以依據這個邏輯我們可以提前檢查 `safe->list` 是否是`head`，如果是則面`strcmp()`不會做，避免了錯誤

如果不一樣則要看 `flag` 是否是 `true` 代表上一個 entry 的 value 也有重複，同做一樣的刪除，在將 `flag` 設成 `false`

:::danger
避免非必要的項目縮排 (即 `* ` 和 `- `)，以清晰、明確，且流暢的漢語書寫。
:::

bool q_delete_dup(struct list_head *head)
{
    element_t *current;
    element_t *safe;
    bool flag = false;

    list_for_each_entry_safe (current, safe, head, list) {
        if ((&safe->list != head) &&
            (strcmp(current->value, safe->value) == 0)) {
            list_del_init(&current->list);
            q_release_element(current);
            flag = true;
        } else if (flag) {
            list_del_init(&current->list);
            q_release_element(current);
            flag = false;
        }
    }

    return true;
}

### q_swap

* 使用`list.h`內的`list_for_each_entry_safe()`遍歷佇列內的各個 entry 每兩個 entry 做交換
* 使用`count`來判斷兩個交換一次

void q_swap(struct list_head *head)
{
    element_t *current, *next;
    char *tmp;
    int count = 0;

    list_for_each_entry_safe (current, next, head, list) {
        if (&next->list != head && count % 2 == 0) {
            tmp = current->value;
            current->value = next->value;
            next->value = tmp;
        }
        count++;
    }
}

### q_reverse

* 迭代整個`list_head`並交換前指標跟後指標
* `normal` 用來代表原本正常遍歷方向，如果不用則會造成找不到下一個節點 因為原本的節點已經被反轉

void q_reverse(struct list_head *head)
{
    struct list_head *tmp;
    struct list_head *i;
    struct list_head *normal = head->next;

    for (i = head;; i = normal, normal = normal->next) {
        tmp = i->prev;
        i->prev = i->next;
        i->next = tmp;
        if (i->prev == head)
            break;
    }
}

:::danger
避免過多的中英文混用，已有明確翻譯詞彙者，例如「鏈結串列」(linked list) 和「佇列」(queue)，就使用該中文詞彙，英文則留給變數名稱、人名，或者缺乏通用翻譯詞彙的場景。
:::

### q_reverseK

* 使用`queue.c` 內的 `q_size()` 得到佇列的大小，將值 assign 給 `len` 變數
* 從`head` 開始當長度大於 k 時做反轉，下一個開始的節點為上一次反轉過後最後一個節點
* 使用 `list_h` 內的 `list_move()` 來達到後面的節點插到目前節點前面，從而實現 反轉
* `safe`確保移動後還能正確找到下一個要反轉的節點

void q_reverseK(struct list_head *head, int k)
{
    int len = q_size(head);
    for (struct list_head *i = head->next; i->next != head && i != head;) {
        if (len >= k) {
            struct list_head *tmp = i->next;
            struct list_head *safe = tmp->next;
            struct list_head *iprev = i->prev;
            for (int j = 0; j < k - 1; j++) {
                list_move(tmp, iprev);
                tmp = safe;
                safe = safe->next;
            }
            i = safe->prev;
            len = len - k;
        } else {
            i = i->next;
        }
    }
}

### q_sort

先將環狀鏈結串列的最後一個節點的 `next` 設為 `NULL` ，意味著可以看成一種單向鏈結串列

在用 `merge sort` 對單向鏈節串列做排序

最後在走過一次單向鏈結串列，將前指標指回前一個鏈結
如果是想要由大到小，則把整個鏈結串列做反轉

:::warning
如何測試排序程式碼？當你採用合併排序，該如何確保輸入的資料考慮到合併排序的最差狀況呢？
:::

void q_sort(struct list_head *head, bool descend)
{
    head->prev->next = NULL;
    head->next = merge_sort(head->next);


    struct list_head *current = head, *after = head->next;

    while (after) {
        after->prev = current;
        current = after;
        after = after->next;
    }
    current->next = head;
    head->prev = current;
    if (descend)
        q_reverse(head);
}

#### merge_sort

* 使用快慢指標找到中間節點，並斷開左右節點
* 遞迴求解
* 最後在將左右鏈結合起來

struct list_head *merge_sort(struct list_head *head)
{
    struct list_head *slow = head;

    for (struct list_head *fast = head->next; fast && fast->next;
         fast = fast->next->next) {
        slow = slow->next;
    }
    struct list_head *left;
    struct list_head *right = slow->next;

    slow->next = NULL;

    left = merge_sort(head);
    right = merge_sort(right);

    return merge(left, right);
}

#### merge
* 從左右鏈節起始，一個一個比較較小的插在大的前面，直到有一邊鍊結為空，最後在將沒有空的一邊插在最後
* 為了得到那一個是起始節點，使用 `count` 來看第一個較小的鍊結是誰

struct list_head *merge(struct list_head *left, struct list_head *right)
{
    struct list_head *dummy = left;
    struct list_head *tail = dummy;
    bool count = false;
    while (left && right) {
        if (比較大小如果右邊比較小) {
            struct list_head *next_right = right->next;
            if (是第一次比大小) {
                count = true;
                dummy = right;
                tail = right;
                right->next = left;
                right = next_right;
                continue;
            }

            right->next = left;
            tail->next = right;

            tail = right;
            right = next_right;
        } esle{左邊比較小做一樣的事;}

    if (right)//如果最後剩下右邊不為空
        tail->next = right;
    else
        tail->next = left;

    return dummy;//第一個節點是誰
}

### q_ascend

:::danger
使用精準的詞彙
:::

從最後一個<s>鏈節</s> 鍊結開始往前迭代，如果有值大於目前最小值則把它刪掉
如果比目前最小值還小，把最小值更新成它
`min` 代表目前最小值，起始值為最尾巴節點

int q_ascend(struct list_head *head)
{
    struct list_head *min = head->prev;

    for (struct list_head *li = head->prev->prev; li != head;) {
        if (strcmp(list_entry(min, element_t, list)->value,
                   list_entry(li, element_t, list)->value) <= 0) {
            element_t *delelement = list_entry(li, element_t, list);
            li = li->prev;
            list_del_init(li->next);
            q_release_element(delelement);

        } else {
            min = li;
            li = li->prev;
        }
    }
    return 0;
}

### q_ascend

* 從最後一個鏈結開始往前迭代，如果有值小於目前最大值則把它刪掉
* 如果比目前最大值還大，把最大值更新成它
* `max` 代表目前最大值，起始值為最尾巴節點

int q_descend(struct list_head *head)
{
    struct list_head *max = head->prev;

    for (struct list_head *li = head->prev->prev; li != head;) {
        if (strcmp(list_entry(max, element_t, list)->value,
                   list_entry(li, element_t, list)->value) > 0) {
            element_t *delelement = list_entry(li, element_t, list);
            li = li->prev;
            list_del_init(li->next);
            q_release_element(delelement);

        } else {
            max = li;
            li = li->prev;
        }
    }
    return 0;
}

### q_merge

* 資料結構如下圖

<s>
</s>

digraph LRUcache {
    rankdir=LR;
    node [shape=record];
    
    subgraph cluster_a {
        label = queue_chain_t;
        struct0 [label="head | {<prev>prev | <next>next}"];
        struct1 [label="size"];
    }
    subgraph cluster_b {
        label = queue_context_t1;
        struct2 [label="head | {<prev>prev | <next>next}"];
        struct3 [label="size"];
        struct4 [label="q"];
        struct5 [label="id"];
    }
    
    subgraph cluster_c {
        label = queue_context_t2;
        struct6 [label="head | {<prev>prev | <next>next}"];
        struct7 [label="size"];
        struct8 [label="q"];
        struct9 [label="id"];
    }
    
    
    struct0:next:e->struct2:head:w;
    struct2:next:e->struct6:head:w;
    struct6:next:ne->struct0:head:w;
    
    struct6:prev:w->struct2:head:e
    struct2:prev:w->struct0:head:e
    struct0:prev:sw->struct6:head:e
    
    struct10 [label="head|{<prev>prev|<next>next}"];
    struct4:q->struct10
    
    subgraph cluster_d {
        node [shape=record];
        value [label="{value}"];
        head_e [label="head|{<prev>prev|<next>next}"];
        label=element_t
    }
    struct10:next:e -> head_e:w
    head_e:prev:w -> struct10:e
    head_e:next -> struct10:s
    struct10:prev -> head_e:s
    
    struct11 [label="head|{<prev>prev|<next>next}"];
    struct8:q->struct11
    subgraph cluster_e {
        node [shape=record];
        value1 [label="{value}"];
        head_e1 [label="head|{<prev>prev|<next>next}"];
        label=element_t
    }
    struct11:next:e -> head_e1:w
    head_e1:prev:w -> struct11:e
    head_e1:next -> struct11:s
    struct11:prev -> head_e1:s
}

:::warning
線弄很久還是很歪..
> 表示你若克服這問題，就會成為 Graphviz 高手。
:::

* 從 queue_chain_t 取出第一個 entry，並將其變成單向鏈結串列
* 使用`list_for_each_entry()`迭代各個 entry in queue_chain_t
* 先將各個串列變成單向，在用 `merge()` 將兩個串列串成一個並將串列的頭指派給 tmp ， 由於我們是將其他串列串到第一個串列，所以原本的串列我們需要 `INIT_LIST_HEAD()`
* 最後再將單向串列串回雙向

int q_merge(struct list_head *head, bool descend)
{

    queue_contex_t *start = list_entry(head->next, queue_contex_t, chain);
    queue_contex_t *li = NULL;

    struct list_head *tmp = start->q->next;
    start->q->prev->next = NULL;
    list_for_each_entry (li, head, chain) {
        if (start == li)
            continue;
        li->q->prev->next = NULL;
        tmp = merge(tmp, li->q->next);
        INIT_LIST_HEAD(li->q);
    }

    start->q->next = tmp;

    struct list_head *current = start->q, *after = start->q->next;

    while (after) {
        after->prev = current;
        current = after;
        after = after->next;
    }
    current->next = start->q;
    start->q->prev = current;

    return q_size(start->q);
}

## qtest 提供新的命令 shuffle

參考 [Fisher–Yates shuffle 演算法](https://en.wikipedia.org/wiki/Fisher%E2%80%93Yates_shuffle)

-- To shuffle an array a of n elements (indices 0..n-1):
for i from 0 to n−2 do
     j ← random integer such that i ≤ j < n
     exchange a[i] and a[j]

在`queue.c`內加入 `q_shuffle()` 和 `swap()`
`swap()` 用於交換

void swap(struct list_head *a, struct list_head *b)
{
    char *tmp;
    tmp = list_entry(a, element_t, list)->value;

    list_entry(a, element_t, list)->value =
        list_entry(b, element_t, list)->value;
    list_entry(b, element_t, list)->value = tmp;
}

bool q_shuffle(struct list_head *head)
{
    int rand_number;
    struct list_head *tail = head->prev;
    struct list_head *current = head->next;
    srand(time(NULL));

    for (int i = q_size(head); i > 0; i--) {
        rand_number = rand() % (i);
        for (int j = 1; j < rand_number; j++) {
            current = current->next;
        }
        swap(current, tail);
        tail = tail->prev;
    }

    return true;
}

:::danger
避免非必要的項目縮排 (即 `* ` 和 `- `)，以清晰、明確，且流暢的漢語書寫。
:::

並在`qtest.c` 新增 `do_shuffle()` 測試

static bool do_shuffle(int argc, char *argv[])
{
    if (exception_setup(true))
        q_shuffle(current->q);
}

在`qtest.c` 加入 shuffle 命令

ADD_COMMAND(shuffle, "Shuffle the queue by using Fisher–Yates shuffle", "");

結果

cmd> new
l = []
cmd> shuffle
l = []
cmd> ih RAND 10
l = [pxqylz meetwofk wujiwcb cxqtfjwf bxbok ngwektvqb mhjckxe pyptu ecvbevzp qdpdujb]
cmd> shuffle
l = [meetwofk wujiwcb cxqtfjwf bxbok pxqylz ngwektvqb pyptu mhjckxe qdpdujb ecvbevzp]

* 在 commit 的時候跳出

[!] You are not allowed to change the header file queue.h or list.h

參考 [dockyu](https://hackmd.io/@dockyu/rJPtmxch6) 的方式將函式原型宣告寫在 `qtest.c` 裡面

bool q_shuffle(struct list_head *head);

* 可以正確執行

cmd> new
l = []
cmd> ih RAND 5
l = [sxput ycqdiudhq owbgrsfx yujwtxwch qnylv]
cmd> shuffle
l = [owbgrsfx sxput yujwtxwch qnylv ycqdiudhq]

### 統計方法驗證 shuffle

1. 先計算 chi-squared test statistic

$$
x^2 = \sum_{i=0}^n\frac{(O_i-E_i)^2}{E_i}
$$

在測試 shuffle 1000000 次後，六種結果各自的頻率如下表：

| | 觀察到的頻率 | 期待的頻率 | $$\frac{(O_i-E_i)^2}{E_i}$$ |
| ------------ | ------------ | ---------- | --- |
|[1, 2, 3, 4]|41339|41666|2.566337061392982|
|[1, 2, 4, 3]|41771|41666|0.26460423366773866|
|[1, 3, 4, 2]|41737|41666|0.1209859357749724|
|[1, 4, 2, 3]|41194|41666|5.346901550424807|
|[1, 4, 3, 2]|41464|41666|0.9793116689867037|
|[2, 1, 3, 4]|41643|41666|0.012696203139250227|
|[2, 1, 4, 3]|41704|41666|0.03465655450487208|
|[2, 3, 1, 4]|42002|41666|2.709547352757644|
|[2, 3, 4, 1]|41869|41666|0.9890318245091921|
|[2, 4, 1, 3]|41812|41666|0.5115921854749677|
|[2, 4, 3, 1]|41605|41666|0.08930542888686219|
|[3, 1, 2, 4]|41849|41666|0.8037488599817597|
|[3, 1, 4, 2]|41610|41666|0.0752652042432679|
|[3, 2, 1, 4]|41703|41666|0.03285652570441127|
|[3, 2, 4, 1]|41808|41666|0.4839437430998896|
|[3, 4, 1, 2]|41590|41666|0.13862621801948832|
|[3, 4, 2, 1]|41599|41666|0.10773772380358086|
|[4, 1, 2, 3]|41227|41666|4.625378006048097|
|[4, 1, 3, 2]|41592|41666|0.13142610281764508|
|[4, 2, 1, 3]|41920|41666|1.5484087745403927|
|[4, 2, 3, 1]|41957|41666|2.0323765180242885|
|[4, 3, 1, 2]|41957|41666|0.012696203139250227|
|[4, 3, 2, 1]|41604|41666|0.09225747611961792|
|Total|||23.91283060528968|

$X^2 = 23.91283060528968$

2. 決定自由度（degrees of freedom）

* suffle 4個數字 有24種結果，所以自由度為23

3. 選擇顯著水準
* alpha 設為常見的0.05
* 從卡方分布表找合適的 P value，自由度為23 ，$X^2$為 23.91283060528968，因為 22.037 < 23.91283060528968 < 26.018，於是 P value 介於 0.5 和 0.3 之間。
4. 統計檢定的結果不拒絕虛無假說
因為 P value（0.3~0.5）> alpha（0.05），統計檢定的結果不拒絕虛無假說($H_0$)
* 從圖表來看 shuffle 的頻率是大致符合 Uniform distribution 的

---

## 研讀 Linux 核心原始程式碼的 `lib/list_sort.c` 並嘗試引入到 `lab0-c` 專案

### [list_sort.c](https://github.com/torvalds/linux/blob/master/lib/list_sort.c) 加入`lab0-c`
將`list_sort.c`加入lab0-c
在`qtest.c`宣告`list_sort`函式原型

void list_sort(void *priv, struct list_head *head, list_cmp_func_t cmp);

宣告`list_cmp_func_t` 函式原型，根據 `list_sort.c` 內比較函數的描述實作比較函數

比較函數邏輯
if(a>b) return >0
else return <=0

const int compareFun(void *priv,
                     const struct list_head *a,
                     const struct list_head *b)
{
    return strcmp(list_entry(a, element_t, list)->value,
                  list_entry(b, element_t, list)->value);
}

* `attribute` 為 GCC 的一個附加元件用於指定函數的參數不應該為空指標

typedef int
    __attribute__((nonnull(2, 3))) (*list_cmp_func_t)(void *,
                                                      const struct list_head *,
                                                      const struct list_head *);

* `u8` 為一個8位元的無號整數型態， 被定義在`<linux/types.h>` 中，而這邊只用到`u8`這個型別，所以我們自己定義

typedef unsigned char u8;

`likely()` 用來提示編譯器'x'為真的機率比較高
`unlikely()`用來提示編譯器'x'為假的機率比較高

#define likely(x) __builtin_expect(!!(x), 1)
#define unlikely(x) __builtin_expect(!!(x), 0)

* 在 `qtest.c` 新增命令

ADD_COMMAND(linux_sort,"Sort queue in ascending/descening order use list_sort", "");

* 並模仿 `do_sort` 實作 `do_linux_sort`

if (current && exception_setup(true))
-        q_sort(current->q, descend);    
+        list_sort(NULL, current->q, compareFun);

* 最後再做編譯時發現 `list_sort.c` 並沒有被編譯成 object 檔，查看 Makefile，發現沒有定義 `list_sort.o`

-OBJS := qtest.o report.o console.o harness.o queue.o \
+OBJS := qtest.o report.o console.o harness.o queue.o list_sort.o\

* 加入命令

cmd> help
Commands:
  linux_sort               | Sort queue in ascending/descening order use list_sort

* linux_sort

cmd> new
l = []
cmd> ih RAND 10
l = [jjzljffj hngxyamhp pmchii gfinh sampa ofdbvxain skfqqf ymyzbwf ivalv wstvk]
cmd> linux_sort
l = [gfinh hngxyamhp ivalv jjzljffj ofdbvxain pmchii sampa skfqqf wstvk ymyzbwf]

### 比較你自己實作的 merge sort 和 Linux 核心程式碼之間效能落差
* 學習使用[Linux 效能分析工具: Perf](https://hackmd.io/@sysprog/gnu-linux-dev/https%3A%2F%2Fhackmd.io%2Fs%2FB11109rdg#perf-%E5%8E%9F%E7%90%86%E5%92%8C%E5%AF%A6%E5%8B%99)
* 參考`./trace`撰寫命令檔並使用 `shellscript` 自動測試命令檔
* 新增兩個目錄分別為`perf_test` 和`perf_report`，分別為命令檔和效能分析結果

        .
        ├── perf_test
           ├── test-sort-1000000.cmd
           ├── test-sort-100000.cmd
           ├── test-sort-10000.cmd
           ├── test-sort-1000.cmd
           ├── test-linux_sort-1000000.cmd
           ├── test-linux_sort-100000.cmd
           ├── test-linux_sort-10000.cmd
           └── test-linux_sort-1000.cmd

        .
        ├── perf_report
           ├── test-sort-1000000_perf_report
           ├── test-sort-100000_perf_report
           ├── test-sort-10000_perf_report
           ├── test-sort-1000_perf_report
           ├── test-linux_sort-1000000_perf_report
           ├── test-linux_sort-100000_perf_report
           ├── test-linux_sort-10000_perf_report
           └── test-linux_sort-1000_perf_report

`test_linux_sort-1000.cmd`

# Demonstration of queue testing framework
# Use help command to see list of commands and options
# Initial queue is NULL.
show
# Create empty queue
new
# Gegerate 1000 node
ih RAND 1000
# Now at the tail
linux_sort
# Exit program
quit

* 自動測試檔為`perf_report.sh`

#!/bin/bash

for cmd_file in ./perf_test/test*.cmd
do
    outputfile=$(echo "${cmd_file}" | sed 's/perf_test/perf_report/')
    perf stat --repeat 5 -o "${outputfile%.cmd}"_report -e cache-misses,branches,instructions,context-switches,cache-references,cycles ./qtest  -f ${cmd_file}
done

* `perf_report.sh`在執行時遇到`Permission denied`，查看發現並沒有執行的權限，所以做更改

ls -l | grep perf_report.sh
-rw-rw-r-- 1 simon simon    367  三  14 00:44 perf_report.sh
chmod +x perf_report.sh
ls -l | grep perf_report.sh
-rwxrwxr-x 1 simon simon    367  三  14 00:44 perf_report.sh

* 在`./perf_report`中的`test.sh` 可以印出所有`report`的內容可以觀看

./test.sh
./test-linux_sort-1000000_report
# started on Wed Mar 13 06:58:29 2024


 Performance counter stats for './qtest -f ./perf_test/test-linux_sort-1000000.cmd' (5 runs):

         9498,7683      cache-misses                     #   54.93% of all cache refs           ( +-  1.29% )
       6,9274,1914      branches                                                                ( +-  0.07% )
      47,6613,4198      instructions                     #    0.77  insn per cycle              ( +-  0.07% )
                13      context-switches                                                        ( +- 78.47% )
       1,7293,1637      cache-references                                                        ( +-  0.06% )
      61,9080,6468      cycles                                                                  ( +-  1.10% )

            1.3338 +- 0.0193 seconds time elapsed  ( +-  1.45% )

+++++++++++++++++++++++++++++++++++

* 實驗結果
- [ ] list_sort

| #Node | cache-misses | branches | instructions |contex switchs |times |
| -------- | -------- | -------- | --- | --- | --- |
| 1000 | 1,4787 |97,4096 |640,7568 |0 |0.0011697|
| 10000 | 6,4830 |663,3672 |4665,8994 |0 |0.0068878|
| 100000 | 512,4170 |6628,6187 |4,6335,2062|0 |0.10678|
| 1000000 | 9498,7683| 6,9274,1914|47,6613,4198|13 |1.338|

- [ ] sort

| #Node | cache-misses | branches | instructions |contex switchs |times |
| -------- | -------- | -------- | --- | --- | --- |
| 1000 |1,9105 |98,6370 |644,3468 |0 |0.0012333|
| 10000 |7,1332 |675,2814 |4694,9896 |0 |0.072280|
| 100000 |540,0670 |6770,8194 |4,6759,5247 |0 |0.11289|
| 1000000 |1,1880,8023 |7,0822,7385 |48,1261,2694|10|1.5180|

<s>
從各方面來說 `list_sort`都比`sort`還要好，尤其在節點數量越多的時候差距越明顯
</s>

從 locality 方面來看， mergesort 的 cache-misses 在節點數量越多的時候差距越明顯，mergesort 太多重複存取節點，等到節點數量為2的時候才開始合併，這也會影響到 branch prediction 的成功率

:::warning
不該只有「還要好」，需要從 locality 和 branch prediction 等議題去解釋。
:::

## 將 Linux 核心的 [linux/list.h](https://github.com/torvalds/linux/blob/master/include/linux/list.h) 標頭檔與 hlist 相關的程式碼抽出

### 建立 hlist.h
* 閱讀 [Linux 核心的 hash table 實作](https://hackmd.io/@sysprog/linux-hashtable#%E9%96%93%E6%8E%A5%E6%8C%87%E6%A8%99%E7%9A%84%E6%87%89%E7%94%A8)，並將 linux/list.h 內 hlist 程式碼抽出建立 hlist.h

digraph hlist {
    node [shape=record];
    rankdir=LR;
    
    null1[label=NULL,shape=none]
    null2[label=NULL,shape=none]
    
   
        struct0 [label="<hlist_head>hlist_head.first | <head1> |<head2> |<head3>|||||<head4>|..."];

    
    subgraph cluster_b{
        label=hash_key1;
        struct1 [label="hlist_node | {<prev>pprev | <next>next}"];
    }
    subgraph cluster_c{
        label=hash_key2;
        struct2 [label="hlist_node | {<prev>pprev | <next>next}"];
    }
    subgraph cluster_d{
        label=hash_key3;
        struct3 [label="hlist_node | {<prev>pprev | <next>next}"];
    }
    struct0:head1:e->struct1:w
    struct1:next:e->struct2:w
    struct1:prev:s->struct0:head1:e
    struct2:prev:s->struct1:next:s
    struct2:next:e->null1
    
    struct0:head4:e->struct3
    struct3:next:e->null2
    struct3:prev:s->struct0:head4

}

:::warning
hash_key2.next後面要加 null 但是會導致排版亂掉所以先不加(排版問題要在研究)
:::
:::success
原來null1要放在最前面 null2 放在後面
:::

* 了解到使用指標的指標的目的是用來節省再做鏈節插刪除時所需要額外的指標
* 宣告結構 hlist_head, hlist_node

struct hlist_head {
    struct hlist_node *first;
};
struct hlist_node {
    struct hlist_node *next, **pprev;
};

* 在將 hlist 搬進 lab0-c 的時候發現有使用到巨集但 lab0-c 並沒有該 libary ，所以參考 linux kernal libary 巨集的定義方式加入 hlist.h

* 程式碼有使用到 READ_ONCE 和 READ_ONCE ， 他們的使用是確保對共享資料存取具有原子性，在 [tools/virtio/linux/compiler.h](https://github.com/torvalds/linux/blob/e5eb28f6d1afebed4bb7d740a797d0390bd3a357/tools/virtio/linux/compiler.h#L7) 內有定義

#ifndef LINUX_COMPILER_H
#define LINUX_COMPILER_H

#include "../../../include/linux/compiler_types.h"

#define WRITE_ONCE(var, val) \
	(*((volatile typeof(val) *)(&(var))) = (val))

#define READ_ONCE(var) (*((volatile typeof(var) *)(&(var))))

#define __aligned(x) __attribute((__aligned__(x)))
#endif

* 透過閱讀 [為何 list.h 選定 0x00100100 與 0x00200200 作為無效的地址？](https://hackmd.io/@sysprog/H1QORp-h6#%E7%82%BA%E4%BD%95-listh-%E9%81%B8%E5%AE%9A-0x00100100-%E8%88%87-0x00200200-%E4%BD%9C%E7%82%BA%E7%84%A1%E6%95%88%E7%9A%84%E5%9C%B0%E5%9D%80%EF%BC%9F)，來了解為何 linux lernal 再做 hlist 刪除時要將地址設為無效地址，有了這樣的設計，我們便可在除錯時知道 : 若 node->next 與 node->prev 分別指向 LIST_POISON1 與 LIST_POISON2 的話，就代表發生 use-after-free 的情況
* 參考 [Breadcrumbslinux/scripts/kconfig/list.h](https://github.com/torvalds/linux/blob/master/scripts/kconfig/list.h#L118) 定義 LIST_POISON1 與 LIST_POISON2

#define LIST_POISON1 ((void *) 0x00100100)
#define LIST_POISON2 ((void *) 0x00200200)

* 新增 hlist.c 和 Malefile 新增 hlist.o 測試編譯是否通過

- OBJS := qtest.o report.o console.o harness.o queue.o list_sort.o\
+ OBJS := qtest.o report.o console.o harness.o queue.o list_sort.o hlist.o\

### 修改 qtest 程式，使其新增 ttt 命令

* 模仿在 do_shuffle 方式加入 do_ttt ，將 [ttt/main.c](https://github.com/jserv/ttt/blob/main/main.c) 加入 do_ttt
* 加入新的命令

ADD_COMMAND(ttt, "play tic tac toe", "");

* 分別加入所需 libary 和巨集， `mt19937-64.[ch]` , `zobrist.[ch]` , `game.[ch]` , 並且新增目錄名為 `agent` 裡面加入 `negamax.[ch]`
* 最後修改 Makefile 使上述檔案可以被編成 object 檔

OBJS := qtest.o report.o console.o harness.o queue.o list_sort.o \
        random.o dudect/constant.o dudect/fixture.o dudect/ttest.o \
        shannon_entropy.o \
        linenoise.o web.o \
		game.o mt19937-64.o zobrist.o \
		agents/negamax.o

* 然後執行 make
* 跑出錯誤說找不到 `agent` 目錄(我忘了怎麼重現)，參考同樣有目錄的 `deduct` 目錄，他在 Makefile 裡面在編譯的時候會新增一個目錄為 `.dudect` ，模仿他的作法在編譯時新增目錄

qtest: $(OBJS)
	$(VECHO) "  LD\t$@\n"
	$(Q)$(CC) $(LDFLAGS) -o $@ $^ -lm

%.o: %.c
	@mkdir -p .$(DUT_DIR)
	@mkdir -p .$(AGNT_DIR)-->新增目錄
	$(VECHO) "  CC\t$@\n"
	$(Q)$(CC) -o $@ $(CFLAGS) -c -MMD -MF .$@.d $<

* 編譯時出錯指出在 hlist.h 內函式接受三個參數，但是在使用的時候卻傳入三個引數，所以在改一下寫法

#define hlist_for_each_entry(pos, head, member, type)              \
    for (pos = hlist_entry_safe((head)->first, type, member); pos; \
         pos = hlist_entry_safe((pos)->member.next, type, member))

* 編譯的問題跟著問題說明就可以一一解決

* 執行與人類對弈的井字遊戲

./qtest 
cmd> ttt
 1 |             
 2 |             
 3 |             
 4 |             
---+-------------
      A  B  C  D
X> c3
 1 |             
 2 |        ○    
 3 |        ×    
 4 |             
---+-------------
      A  B  C  D
X> b3
 1 |             
 2 |     ○  ○    
 3 |     ×  ×    
 4 |             
---+-------------
      A  B  C  D
X> 
X> a3
 1 |             
 2 |     ○  ○    
 3 |  ×  ×  ×    
 4 |             
---+-------------
      A  B  C  D
X won!
Moves: C3 -> C2 -> B3 -> B2 -> A3
cmd> quit

:::danger
在 commit 時遇到這兩個問題現在還無法解決，我有看到同學使用直接繞過檢查的方式，可能可以參考

hlist.h:111:13: error: Syntax Error: AST broken, 'h' doesn't have a parent. [internalAstError]
    return !READ_ONCE(h->pprev);
            ^
mt19937-64.c:83:9: style: The scope of the variable 'i' can be reduced. [variableScope]
    int i;

:::
* 繞過方法(pre-commit.hook)，要忽略的檢查有兩種 internalAstError 和 variableScope

--suppress=internalAstError:hlist.h \
--suppress=variableScope:mt19937-64.c \

* 使用 Monte Carlo tree search (MCTS) 演算法當作電腦可以跟電腦對打
* 引入 `agents/mcts.[ch]`
* 加入電腦對電腦的模式(negamax vs MCTS)
* 在 game.h 內加入列舉區分現在是什麼模式(電腦對電腦或著 玩家對電腦)

enum game_mode { PVE, EVE };

* 在 qtest 裡面先將模式設成 玩家對電腦

static enum game_mode play_mode = PVE;

* do_ttt 如果是 EVE 則換成電腦對電腦模式

 if (argc < 2) {
        report(1, "%s takes no arguments", argv[0]);
        return false;
    } else if (argc == 2) {
        if (!strcmp(argv[1], "EVE")) {
            play_mode = EVE;
        } else if (!strcmp(argv[1], "PVE")) {
            play_mode = PVE;
        } else {
            report(1, "%s wrong arguments need PVE or EVE", argv[0]);
            return false;
        }
    }

::: danger
pre-commit 時無法通過，使用繞過檢查的方式

agents/mcts.c:147:21: warning: Possible null pointer dereference: best_node [nullPointer]
    int best_move = best_node->move;
                    ^
agents/mcts.c:139:30: note: Assignment 'best_node=NULL', assigned value is 0
    struct node *best_node = NULL;
                             ^
agents/mcts.c:142:31: note: Assuming condition is false
        if (root->children[i] && root->children[i]->n_visits > most_visits) {
                              ^
agents/mcts.c:147:21: note: Null pointer dereference
    int best_move = best_node->move;
                    ^
agents/mcts.c:67:10: style: The scope of the variable 'win' can be reduced. [variableScope]
    char win;

:::
* 現在命令有分成兩種模式

ADD_COMMAND(ttt,
                "type ttt + PVE to play tic tac toe with computer or type ttt "
                "+ EVE to play tic tac toe between two computer",
                "");

* 在遊玩過程中發現如果玩玩第一次馬上接第二次，會出現印出移動過程中沒有被清乾淨出現第一次遊玩的移動過程，所以將紀錄移動過程的計數器歸零(意指將移動紀錄歸零)

move_count = 0;

### 閱讀 [Monte Carlo Tree Search 解說](https://www.youtube.com/watch?v=J3I3WaJei_E&ab_channel=%E8%B5%B0%E6%AD%AA%E7%9A%84%E5%B7%A5%E7%A8%8B%E5%B8%ABJames)

Monte Carlo Tree Search 會模擬進行幾次遊戲，把遊戲結果存在樹裡面，根據模擬結果選擇最好的動作，亦即不會是最佳解

Monte Carlo Tree Search 的步驟以及如何更新
1. **select**
選擇當前 Upper Confidence Bound 最高的葉節點
使用 Upper Confidence Bound 來判斷要走那一邊
\begin{align*}
UCB &= \frac{w_i}{n_i} + \sqrt[C]{\frac{\ln N_i}{n_i}} \\
w_i &: \text{目前節點贏的次數} \\
n_i &: \text{目前節點總共進行模擬次數} \\
N_i &: \text{目前節點父節點總共進行模擬次數} \\
C &= \sqrt{2} : \text{可以自己調整的常數}
\end{align*}
0 在分母無法計算時當作無限大
* UCB 可達成 Exploitation（選擇已知最好策略） 與 Exploration（選擇探索其他路線）的平衡

2. **expand or rollout**
expand, rollout 時機：
expand : 目前的節點是全新的，對某個節點往下產生新的 child
rollout : 目前的節點已經被更新過，以目前的狀態開始模擬進行一場遊戲一直到結束

3. **back propagate**
Rollout 結束後把節點更新一直往上傳直到到達根節點

決定要走哪步
從跟節點看左右哪個 child 勝率較高選它

這個方法可以得到**比較好的結果**，而不是**最佳的**，但如果用 DFS 方法是無法解決這個問題的因為時間複雜度太高

### 確保使用定點數來取代原本 [jserv/ttt](https://github.com/jserv/ttt) 的浮點數運算

* 在 `mcts.c` 中計算 UCB

static inline double uct_score(int n_total, int n_visits, double score)
{
    if (n_visits == 0)
        return DBL_MAX;
    return score / n_visits +
           EXPLORATION_FACTOR * sqrt(log(n_total) / n_visits);
}

* Monte Carlo Tree 節點之結構
其中我們關心的是 **score** ，也就是 UCB

struct node {
    int move;
    char player;
    int n_visits;
    double score;
    struct node *parent;
    struct node *children[N_GRIDS];
};

* 閱讀 [定點數](https://hackmd.io/@sysprog/linux2024-ttt#%E5%AE%9A%E9%BB%9E%E6%95%B8)

* 將浮點數換成定點數(目前取精確度到小數點後16位)

#define SHIFT_AMOUNT 16
#define FIX_POINT_BIAS (1 << SHIFT_AMOUNT)

* 參照 [IEEE754](https://en.wikipedia.org/wiki/Double-precision_floating-point_format)，倍精度浮點數表示法

| sign | exponent | fraction |
| -------- | -------- | -------- |
| 1 bit | 11 bit | 52 bit |

* 以 `do_log` 取代 `log()`

* 在對 __uint64_t 取以自然對數為底的 log ，可以使用泰勒展開式
\begin{align*}
ln(x)&=\frac{2(x-1)}{x+1}\Sigma_{k=0}^{\infty}\frac{1}{2k+1}(\frac{(x-1)^2}{(x+1)^2})^k \\
&=\frac{2(x-1)}{x+1}(\frac{1}{1}+\frac{1}{3}\frac{(x-1)^2}{(x+1)^2}+\frac{1}{5}(\frac{(x-1)^2}{(x+1)^2})^2+...)
\end{align*}

測試與 `log()` 的誤差

static __uint64_t do_log(__uint64_t x)
{
    __uint64_t x_plus_1 = x + (1U << SHIFT_AMOUNT);
    __uint64_t x_minus_1 = x - (1U << SHIFT_AMOUNT);
    __uint64_t tmp1 = (x_minus_1<<SHIFT_AMOUNT)/ x_plus_1;
    __uint64_t tmp2 = (tmp1*tmp1)>>SHIFT_AMOUNT;
    __uint64_t result = 1U << SHIFT_AMOUNT;
    for (__uint64_t i =1;i<10;i++) {
        __uint64_t term =(tmp2<<SHIFT_AMOUNT)/((2*i+1)<<SHIFT_AMOUNT);
        result+=term;
        tmp2 = (tmp2*tmp2)>>SHIFT_AMOUNT;   
    }

    result <<= 1;
    result = (result*tmp1)>>SHIFT_AMOUNT;
    return result;
}

* 以 do_sqrt 取代 sqrt()
* 取平方根使用 二分逼近法
* 目前逼近小數點後6位

static __uint64_t do_sqrt(__uint64_t x) {
    
    if (x <= 1)
        return x;
        
    __uint64_t high = x ;
    __uint64_t low = 0UL;
    __uint64_t epsilon = 1UL<<10;
    while ((high - low) > epsilon){ 
        __uint64_t mid = (low + high) / 2;
        __uint64_t square = (mid * mid)>>12;
        if (square == x)
            return mid;
        else if (square < x)
            low = mid;
        else
            high = mid;
    }
    return (low + high) / 2;
}

* 重寫 uct_score
* 先將參數轉成定點數再做運算
* 做定點數除法之前我們先將原來的數做放大(乘 `FIX_POINT_BIAS`，此舉是為了保留小數點
* 而再做乘法之後要在除 `FIX_POINT_BIAS` (原本放大多少倍)
* 最後在將定點數轉回浮點數回傳

static inline double uct_score(__uint64_t n_total, __uint64_t n_visits, double score)
{
    
    if (n_visits == 0)
        return DBL_MAX;
    __uint64_t fix_n_total = n_total *FIX_POINT_BIAS;
    __uint64_t fix_n_visits = n_visits *FIX_POINT_BIAS;
    __uint64_t fix_score = score *FIX_POINT_BIAS;
    __uint64_t win = (fix_score *FIX_POINT_BIAS) / fix_n_visits;
    __uint64_t tmpright1 = (do_log(fix_n_total)*FIX_POINT_BIAS) / fix_n_visits;
    __uint64_t tmpright2 = do_sqrt(tmpright1);
    __uint64_t tmpleft = do_log(EXPLORATION_FACTOR*FIX_POINT_BIAS);
    __uint64_t deep = (tmpright2*tmpleft)/FIX_POINT_BIAS;
    win+=deep;
    return (double) win/FIX_POINT_BIAS;
}

### 電腦 vs 電腦
在 [新增 ttt 命令](https://hackmd.io/mpoK-iFNRRiXbHTeiooz0g?view#%E4%BF%AE%E6%94%B9-qtest-%E7%A8%8B%E5%BC%8F%EF%BC%8C%E4%BD%BF%E5%85%B6%E6%96%B0%E5%A2%9E-ttt-%E5%91%BD%E4%BB%A4) 時我們就已經先加入 電腦 vs 電腦的模式，所以我們這邊只要在螢幕上顯示出現在的時間就可以

void display_time(){
    time_t current_time;
    struct tm *timeinfo;
    time(&current_time);
    timeinfo = localtime(&current_time);

    printf("Current time: %s\n", asctime(timeinfo));
}

Current time: Tue Mar 26 05:46:37 2024

 1 |             
 2 |             
 3 |             
 4 |             
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      A  B  C  D
Current time: Tue Mar 26 05:46:37 2024

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 2 |     ×       
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      A  B  C  D
Current time: Tue Mar 26 05:46:39 2024

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      A  B  C  D
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 3 |     ×  ×  × 
 4 |             
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      A  B  C  D
X won!
Moves: B2 -> C2 -> C3 -> A1 -> B3 -> B1 -> D3

### 閱讀[並行程式設計: 排程器原理](https://hackmd.io/@sysprog/concurrent-sched)
[coro](https://github.com/sysprog21/concurrent-programs/blob/master/coro/coro.c) :使用 setjmp/longjmp 來達到可以在不同 task 內切換。

程式運作流程：
先將要執行的 task 放入一個陣列指標指向函式，接著將各個 task要需要的參數設定好在 `struct arg` 裡面，接著呼叫 `schedule()` 開始排程。

* schedule
任務數量：`ntasks`。
看有幾個任務需要排程，每排完一個就將`ntasks--`。
從第一個任務開始排。

* task_switch
從 `tasklist` 取第一個排在鍊結裡面的任務出來。
將這個任務從 `tasklist` 中刪除。
跳到這個任務上個停止的地方繼續做。
* task_add
將任務加到鍊結的尾巴。

* 在每一個任務一開始會先確認我是從哪裡跳回來的，如果是從 `schedule` 來的，那我要將我自己放入任務鍊結的尾巴，在跳回 `schedule` ，讓下個任務可以被排程。
* 任務之中每一輪都會做檢查自己是從哪裡跳回來的，如果是從 `task_switch` ，那下一輪就會在將自己放入任務鍊結的尾巴。

### 將 `coroutine` 引入 ttt
task有四種
1. ai 1(negamax)
2. ai 2(mcts)
3. 畫出棋盤和判斷勝利
4. 鍵盤監聽事件

定義結構

struct task {
    jmp_buf env;
    struct list_head list;
    char task_name[30];
};

struct arg {
    char *task_name;
};

原本的棋盤和紀錄下子位置的陣列移到全域變數，將 [coro.c](https://github.com/sysprog21/concurrent-programs/blob/master/coro/coro.c)，內容搬進 `corottt.c`

執行順序：
-- >`ai1` -- > `鍵盤監聽事件` -- > `ai2` -- > `鍵盤監聽事件` -- >`畫棋盤判斷是否勝利` -- >`鍵盤監聽事件` --> `ai1` --> `...`

* `rounds`紀錄現在進行幾次對局，如果在判斷勝利階段判斷結束對局，`rounds--`。

ai1 & ai2

void task_ai1(void *arg)
{
    struct task *task = malloc(sizeof(struct task));

    strncpy(task->task_name, ((struct arg *) arg)->task_name,
            sizeof(task->task_name) - 1);
    task->task_name[sizeof(task->task_name) - 1] = '\0';

    INIT_LIST_HEAD(&task->list);

    if (setjmp(task->env) == 0) {
        task_add(task);
        longjmp(sched, 1);
    }

    task = cur_task;

    if (rounds <= 0) { //if games rounds is end
        longjmp(sched, 1);
    }

    char ai = 'X';
    int move = mcts(table, ai);
    if (move != -1) {
        table[move] = ai;
        record_move(move);
    }

    task_add(task);
    task_switch();
}

畫棋盤和判斷勝利

void task_drawboard_checkwin(void *arg)
{
    /*...*/
    task = cur_task;

    if (rounds <= 0) { // if games rounds is end
        longjmp(sched, 1);
    }

    char win = check_win(table);
    if (win == 'D') {
        printf("It is a draw!\n");
        roundend = true; // current games is end
        rounds--;
    } else if (win != ' ') {
        printf("%c won!\n", win);
        roundend = true;
        rounds--;
    }
    if (!stop) { // if press ctr+p stop display table
        draw_board(table);
    }

    if (rounds > 0) {
        task_add(task);
    }
    if (roundend) {// current games is end,reset the game
        print_moves();
        move_count = 0;
        memset(table, ' ', N_GRIDS);
        roundend = false;
    }

    task_switch();
}

鍵盤監聽事件

void coro_ttt(int times)
{
    /*...*/
    enableRawInputMode();
    schedule();
    disableRawInputMode();
}

void task_keyboardevents(void *arg)
{
    /*...*/
    task = cur_task;
    if (rounds <= 0) {
        longjmp(sched, 1);
    }

    char c;
    if (read(STDIN_FILENO, &c, 1) == 1) {
        if (c == 16) { // ctr+p
            stop = !stop; // stop or resume
        } else if (c == 17) { // ctr+q
            rounds = 0; // set rounds to 0 represent the games is over
        }
    }

    if (rounds > 0) {
        task_add(task);
    }
    if (roundend) {
        move_count = 0;
        memset(table, ' ', N_GRIDS);
        roundend = false;
    }

    task_switch();
}

## git rebase

$ git remote add upstream https://github.com/sysprog21/lab0-c.git
$ git fetch upstream
$ git merge upstream/master

遇到撞版 `pre-commit.hook`

<<<<<<< HEAD
--suppress=constParameterPointer:console.c" 
=======
--suppress=constParameterPointer:console.c \
--suppress=checkLevelNormal:log2_lshift16.h"
>>>>>>> upstream/master

修改

- --suppress=constParameterPointer:console.c" 
+ --suppress=constParameterPointer:console.c \
+ --suppress=checkLevelNormal:log2_lshift16.h"