Формат v3: уроки D1 (теория+разбор), задачи ступенями, карточки 101 с уровнями и пояснениями
This commit is contained in:
Kodlo-chan
@@ -1,8 +1,30 @@
|
||||
# Задача 01 — битовые операции (C)
|
||||
# Задача 01 — битовые операции (разминка)
|
||||
|
||||
Реализуй в `solution.cpp` четыре функции. Запрещено пользоваться встроенными
|
||||
`__builtin_popcount`, `std::popcount`, `std::byteswap` — считается любая корректная
|
||||
ручная реализация.
|
||||
> Первая задача дня: руки размялись, потом основная. Ориентир — 20–30 минут.
|
||||
|
||||
## Глава I. Общая информация
|
||||
|
||||
- **Цель:** уверенно работать с битами — это ежедневный инструмент в embedded, сетях и
|
||||
протоколах.
|
||||
- **Почему это в Eltex:** заголовки пакетов, маски, флаги, регистры — всё битовое. Вопросы
|
||||
вида «посчитай единичные биты» и «поменяй порядок байт» на собеседовании почти гарантированы.
|
||||
- **Что сдаётся:** `solution.cpp`, проходящий `python3 grade.py 01`.
|
||||
|
||||
## Глава II. Что нужно знать до старта
|
||||
|
||||
Четыре инструмента, которых достаточно:
|
||||
|
||||
1. `x & (x - 1)` — гасит самый младший единичный бит. Отсюда классика: число единиц можно
|
||||
считать циклом, пока `x` не станет нулём.
|
||||
2. `x & 1` — младший бит; `x >> 1` — сдвиг вправо.
|
||||
3. `x & (1u << k)` — проверка k-го бита.
|
||||
4. Маски: `0x000000FF`, `0x0000FF00`, `0x00FF0000`, `0xFF000000` — это четыре байта 32-битного
|
||||
числа. Комбинация «сдвинул и сложил» даёт любой порядок байт.
|
||||
|
||||
## Глава III. Задание
|
||||
|
||||
Реализуй в `solution.cpp` четыре функции. Встроенные `__builtin_popcount`, `std::popcount`,
|
||||
`std::byteswap` использовать нельзя — нужна своя реализация (любая корректная).
|
||||
|
||||
```c
|
||||
int popcount32(uint32_t x); // число единичных бит
|
||||
@@ -11,8 +33,64 @@ bool is_power_of_two(uint32_t x); // x — степень двойки (0
|
||||
uint32_t bswap32(uint32_t x); // поменять порядок байт местами
|
||||
```
|
||||
|
||||
Проверка: `python3 grade.py 01` из каталога `diag/`.
|
||||
Критерий: все проверки `ok`, сборка без предупреждений, ASAN/UBSAN чистые.
|
||||
Полезно сразу проверять себя руками: `bswap32(0x11223344) == 0x44332211`,
|
||||
`popcount32(0b1011) == 3`, `is_power_of_two(1) == true`, `is_power_of_two(0) == false`,
|
||||
`reverse_bits32(1) == 0x80000000`.
|
||||
|
||||
Подсказки по разбору после сдачи: `x & (x - 1)`; реверс — классический цикл на 32 итерации
|
||||
или пара «маска+сдвиг»; `bswap` — четыре маски.
|
||||
## Глава IV. Ступени
|
||||
|
||||
**Ступень 1 (5 минут).** `is_power_of_two` — самая простая. Подумай, чем степень двойки
|
||||
отличается от остальных чисел: у неё ровно один единичный бит. Значит подойдёт приём
|
||||
`x & (x - 1)`. Отдельно обработай `0` (он не степень двойки) и проверь на `1` и на `0x80000000`.
|
||||
|
||||
**Ступень 2 (10 минут).** `popcount32` — цикл: пока `x != 0`, гаси младший бит и считай
|
||||
итерации. Альтернатива — 32 сдвига с проверкой младшего бита; оба варианта верные, первый
|
||||
в среднем быстрее.
|
||||
|
||||
**Ступень 3 (10 минут).** `reverse_bits32` — цикл на 32 итерации: берём младший бит `x`,
|
||||
ставим его в результат на позицию `31 - i`, сдвигаем `x`. Внимание на типы: сдвиг `1u << 31`
|
||||
для знакового `int` — UB, поэтому работай в `uint32_t`.
|
||||
|
||||
**Ступень 4 (10 минут).** `bswap32` — четыре байта. Самый наглядный вариант: маски и сдвиги,
|
||||
`((x & 0x000000FFu) << 24) | ((x & 0x0000FF00u) << 8) | ((x & 0x00FF0000u) >> 8) | ((x & 0xFF000000u) >> 24)`.
|
||||
|
||||
**Ступень 5.** `python3 grade.py 01` — пока не станет `PASS`.
|
||||
|
||||
## Глава V. Критерии приёмки
|
||||
|
||||
`PASS` от `grade.py 01`: все проверки `ok`, сборка без предупреждений, ASAN/UBSAN чистые.
|
||||
|
||||
## Глава VI. Подсказки (после первой попытки)
|
||||
|
||||
<details>
|
||||
<summary>UBSAN жалуется на сдвиг</summary>
|
||||
|
||||
Сдвиг знакового числа в старший бит — неопределённое поведение. Все промежуточные значения
|
||||
держи в `uint32_t` и пиши константы с суффиксом `u`: `1u << 31`.
|
||||
</details>
|
||||
|
||||
<details>
|
||||
<summary>is_power_of_two возвращает true на нуле</summary>
|
||||
|
||||
У нуля нет единичных битов, поэтому `x & (x-1)` даёт 0 — как и у степеней двойки. Добавь
|
||||
явную проверку `x != 0`.
|
||||
</details>
|
||||
|
||||
<details>
|
||||
<summary>reverse_bits32 работает «почти»</summary>
|
||||
|
||||
Проверь порядок операций в цикле: сначала ставим бит в результат, потом сдвигаем источник.
|
||||
Если перепутать — биты уедут на одну позицию.
|
||||
</details>
|
||||
|
||||
## Глава VII. Частые ошибки
|
||||
|
||||
- Сдвиги в `int` вместо `uint32_t` → UB, UBSAN ругается.
|
||||
- Забыт ноль в `is_power_of_two`.
|
||||
- В `bswap32` перепутаны направления сдвигов (влево/вправо) — проверь на `0x11223344`.
|
||||
- Использование `__builtin_popcount` — запрещено условием: смысл в том, чтобы написать самому.
|
||||
|
||||
## После сдачи
|
||||
|
||||
Разбор: почему `x & (x-1)` гасит младший бит; как эти приёмы используются в реальных
|
||||
протоколах (маски подсетей, флаги TCP-заголовка, разбор полей IPv4).
|
||||
|
||||
@@ -1,6 +1,26 @@
|
||||
# Задача 03 — кольцевой буфер (C++)
|
||||
|
||||
Кольцевой буфер фиксированной ёмкости — базовая структура для embedded и сетевого кода.
|
||||
> Разминка уровня «основная»: структура маленькая, но встречается везде. Ориентир — 40–60 минут.
|
||||
|
||||
## Глава I. Общая информация
|
||||
|
||||
- **Цель:** научиться писать структуру с фиксированной памятью и без сдвигов элементов.
|
||||
- **Почему это в Eltex:** приём/передача пакетов, буферы DMA, очереди между потоками —
|
||||
всё это кольцевые буферы. Понимание wrap-around и «полный/пустой» — прямой вопрос на
|
||||
собеседовании.
|
||||
- **Что сдаётся:** `solution.cpp`, проходящий `python3 grade.py 03`.
|
||||
|
||||
## Глава II. Что нужно знать до старта
|
||||
|
||||
Идея: массив фиксированного размера + два индекса. `head` — куда писать, `tail` — откуда
|
||||
читать. Когда индекс доходит до конца, он возвращается в начало: `idx = (idx + 1) % capacity`.
|
||||
Сдвигать элементы не нужно никогда — в этом весь смысл.
|
||||
|
||||
Ловушка, из-за которой задача попадает в собеседования: **как отличить пустой буфер от
|
||||
полного, если оба индекса совпали?** Варианты: хранить счётчик `size`, либо оставлять одну
|
||||
ячейку свободной. В нашем интерфейсе есть `size()`, поэтому проще хранить счётчик.
|
||||
|
||||
## Глава III. Задание
|
||||
|
||||
```c++
|
||||
class RingBuffer {
|
||||
@@ -17,9 +37,68 @@ public:
|
||||
```
|
||||
|
||||
Требования:
|
||||
- O(1) на push/pop, никаких сдвигов элементов;
|
||||
- память выделяется один раз в конструкторе, освобождается в деструкторе;
|
||||
- поведение после заворачивания индексов (wrap-around) корректное;
|
||||
- копирование запрещать не обязательно, но двойного освобождения быть не должно.
|
||||
|
||||
Проверка: `python3 grade.py 03`. Критерий: все `ok`, ASAN/UBSAN чистые.
|
||||
- O(1) на `push`/`pop`, никаких сдвигов элементов;
|
||||
- память выделяется один раз в конструкторе и освобождается в деструкторе;
|
||||
- корректное поведение после заворачивания индексов (записали до конца, продолжили с начала);
|
||||
- двойного освобождения быть не должно.
|
||||
|
||||
## Глава IV. Ступени
|
||||
|
||||
**Ступень 1 (10 минут).** Поля: указатель на массив, `capacity_`, `size_`, `head_`, `tail_`.
|
||||
Конструктор выделяет массив и обнуляет поля. Деструктор освобождает. Если хочешь короче —
|
||||
`std::vector<int>` вместо ручного `new[]`, тогда деструктор не нужен вовсе.
|
||||
|
||||
**Ступень 2 (10 минут).** `empty()` — это `size_ == 0`, `full()` — `size_ == capacity_`.
|
||||
Проверь на буфере ёмкости 1: после одного `push` он полон, после одного `pop` пуст.
|
||||
|
||||
**Ступень 3 (15 минут).** `push`: если полон — вернуть `false` и ничего не менять; иначе
|
||||
записать в `head_`, сдвинуть `head_ = (head_ + 1) % capacity_`, увеличить `size_`, вернуть `true`.
|
||||
|
||||
**Ступень 4 (15 минут).** `pop`: если пуст — `false`; иначе отдать `buffer_[tail_]`, сдвинуть
|
||||
`tail_`, уменьшить `size_`, вернуть `true`.
|
||||
|
||||
**Ступень 5.** Проверь руками wrap-around: ёмкость 4, положи 4 элемента, сними 2, положи
|
||||
ещё 3 — все значения должны идти в правильном порядке. Затем `python3 grade.py 03`.
|
||||
|
||||
## Глава V. Критерии приёмки
|
||||
|
||||
`PASS` от `grade.py 03`: сборка без предупреждений, ASAN/UBSAN чистые, все проверки `ok`,
|
||||
включая порядок FIFO и корректный wrap-around.
|
||||
|
||||
## Глава VI. Подсказки (после первой попытки)
|
||||
|
||||
<details>
|
||||
<summary>Значения после заворота идут не в том порядке</summary>
|
||||
|
||||
Проверь, что `pop` читает именно `tail_`, а `push` пишет именно в `head_`, и что оба индекса
|
||||
инкрементируются **после** операции. Классическая ошибка — сдвинуть `head_` до записи.
|
||||
</details>
|
||||
|
||||
<details>
|
||||
<summary>Перезапись при полном буфере</summary>
|
||||
|
||||
Ты не проверяешь `full()` в `push`. По условию перезапись запрещена: полный буфер возвращает
|
||||
`false` и не портит старые данные.
|
||||
</details>
|
||||
|
||||
<details>
|
||||
<summary>ASAN: утечка или двойное освобождение</summary>
|
||||
|
||||
Если память выделена через `new[]`, освобождать нужно `delete[]` (не `delete`). Проще взять
|
||||
`std::vector<int>` — тогда вопрос исчезает.
|
||||
</details>
|
||||
|
||||
## Глава VII. Частые ошибки
|
||||
|
||||
- Сдвиг элементов вместо индексов (теряется весь смысл O(1)).
|
||||
- Путаница «пусто/полно» при совпавших индексах.
|
||||
- `%` на каждом шаге там, где можно было обойтись условием — не ошибка, но на собеседовании
|
||||
спросят «а быстрее можно?» (ответ: `if (++idx == cap) idx = 0;`).
|
||||
- Копирование объекта без правила трёх → двойное освобождение. Если сдаёшь с ручным `new[]`,
|
||||
запрети копирование (`= delete`).
|
||||
|
||||
## После сдачи
|
||||
|
||||
Разбор: как устроены буферы в драйверах (ring buffer с head/tail для DMA), почему в
|
||||
многопоточном варианте нужны атомарные индексы и `memory_order`.
|
||||
|
||||
+134
-15
@@ -1,8 +1,34 @@
|
||||
# Задача 10 — хеш-таблица с открытой адресацией (C++)
|
||||
# Задача 10 — хеш-таблица с открытой адресацией
|
||||
|
||||
Свой контейнер, без `std::unordered_map`. Разрешение коллизий — **линейное зондирование**
|
||||
(linear probing), ёмкость — степень двойки, при загрузке > 0.7 таблица **перехешируется**
|
||||
вдвое. Индексация — через маску `idx & (capacity - 1)`, а не `%`.
|
||||
> Перед этой задачей прочитай урок `lessons/D1_algo.md` (разделы 3 и 5) — там разобран
|
||||
> принцип и есть рабочий образец с цепочками. Здесь то же самое, но сложнее: коллизии
|
||||
> разрешаются **внутри массива**.
|
||||
|
||||
## Глава I. Общая информация
|
||||
|
||||
- **Цель:** научиться писать контейнер, который используется в реальном коде (кэши,
|
||||
таблицы маршрутизации, счётчики в логах) и который спрашивают на собеседовании в формате
|
||||
«а сам сможешь?».
|
||||
- **Почему это в Eltex:** таблицы MAC-адресов, FDB коммутатора, кэши сессий — всё это
|
||||
хеш-таблицы с открытой адресацией и жёсткими требованиями к памяти.
|
||||
- **Время:** 1,5–2,5 часа со ступенями. Если больше 3 часов — не долби в одиночку, скажи мне.
|
||||
- **Что сдаётся:** файл `solution.cpp`, проходящий `python3 grade.py 10`.
|
||||
|
||||
## Глава II. Что нужно знать до старта
|
||||
|
||||
1. `idx = hash & (cap - 1)` работает как «остаток от деления», только если `cap` — степень
|
||||
двойки. Пример: `cap = 8` (маска `0b111`), `hash = 19` (`0b10011`) → `19 & 7 = 3`.
|
||||
2. Линейное зондирование: если ячейка занята, пробуем `(i+1) & (cap-1)`, потом `(i+2) & …`
|
||||
и так по кругу, пока не найдём свободную (для вставки) или нужный ключ (для поиска).
|
||||
3. Удалять «в ноль» нельзя: если между началом зондирования и элементом появится пустая
|
||||
ячейка, поиск до него не дойдёт. Поэтому пустая ячейка помечается **tombstone** —
|
||||
«здесь был элемент, иди дальше».
|
||||
4. Фактор загрузки `load = size / capacity`. Держим ≤ 0.7: при 0.8+ пробеги становятся
|
||||
длинными, и O(1) превращается в O(n).
|
||||
|
||||
## Глава III. Задание
|
||||
|
||||
Свой контейнер, `std::unordered_map` использовать нельзя. Интерфейс ровно такой:
|
||||
|
||||
```c++
|
||||
class HashTable {
|
||||
@@ -17,16 +43,109 @@ public:
|
||||
```
|
||||
|
||||
Требования:
|
||||
- `put` 100 000 ключей — суммарно быстрее 2 секунд (в среднем O(1));
|
||||
- ключи с совпадающими младшими битами (например, все кратные 16) обязаны находиться —
|
||||
это проверка зондирования, а не «повезло с хешем»;
|
||||
- после 100 000 вставок `capacity()` растёт (степень двойки, загрузка ≤ 0.7), а `size()`
|
||||
честно считает элементы, включая обновления существующих ключей;
|
||||
- удаление должно работать: после `erase` ключ не находится, а поиск другого ключа,
|
||||
стоявшего за ним в цепочке зондирования, по-прежнему работает.
|
||||
|
||||
Проверка: `python3 grade.py 10`. Критерий: все `ok`, сборка без предупреждений,
|
||||
ASAN/UBSAN чистые.
|
||||
- **ключи с совпадающими младшими битами обязаны находиться** — тест вставляет 512 ключей,
|
||||
кратных 16, то есть все они попадают в одну-две стартовые ячейки. Это проверка
|
||||
зондирования, а не «повезло с хешем»;
|
||||
- `put` 100 000 ключей суммарно быстрее 2 секунд;
|
||||
- после вставок `capacity()` растёт (степень двойки), загрузка остаётся ≤ 0.7;
|
||||
- `size()` честно считает элементы: повторный `put` того же ключа **не** увеличивает `size`;
|
||||
- `erase` работает: после удаления ключ не находится, но поиск другого ключа, стоявшего
|
||||
за ним в цепочке зондирования, по-прежнему работает;
|
||||
- удаление и последующая вставка не должны «терять» элементы, а `size()` после удаления
|
||||
и вставки возвращается к правильному значению.
|
||||
|
||||
Разбор после сдачи: почему ёмкость — степень двойки; чем линейное зондирование лучше
|
||||
цепочек по кэшу и хуже по кластеризации; как tombstone-метки спасают поиск после удаления.
|
||||
## Глава IV. Ступени (делай по одной, после каждой — прогон)
|
||||
|
||||
Не пытайся написать всё сразу. Каждая ступень проверяется отдельно, и это нормальный
|
||||
порядок работы инженера.
|
||||
|
||||
**Ступень 1. Хеш-функция и индекс (20 минут).**
|
||||
Напиши `size_t hash_of(int key)` и `size_t index_of(int key) const`. Для целых ключей
|
||||
хорошая хеш-функция — перемешать биты умножением на большую нечётную константу:
|
||||
`h = (uint64_t)key * 2654435761u;` (это золотое сечение, классика).
|
||||
Проверь себя на бумаге или в маленькой программе: для `cap = 16` ключи 16, 32, 48 должны
|
||||
дать **разные** индексы. Если дают одинаковые — ты забыл перемешать биты, и все кратные 16
|
||||
свалятся в одну ячейку.
|
||||
|
||||
**Ступень 2. Массивы и конструктор (15 минут).**
|
||||
Нужны три вещи: массив значений, массив признаков состояния ячейки и счётчик размера.
|
||||
Признаки: `EMPTY`, `OCCUPIED`, `TOMBSTONE`. Ёмкость в конструкторе приводи к степени двойки
|
||||
(16 по умолчанию) — тест ожидает `capacity() >= 16` и степень двойки.
|
||||
После этого прогон должен уже собираться, а часть проверок на пустой таблице — проходить.
|
||||
|
||||
**Ступень 3. Вставка без перехеширования (30 минут).**
|
||||
Идёшь по ячейкам от `index_of(key)`, пока не найдёшь: свой ключ (обновить значение),
|
||||
`EMPTY` или `TOMBSTONE` (вставить). **Важно:** если ключ найден — не увеличивай `size()`.
|
||||
Tombstone можно переиспользовать под вставку, но тогда его признак меняется на `OCCUPIED`.
|
||||
|
||||
**Ступень 4. Поиск (15 минут).**
|
||||
Идёшь так же, но: свой ключ — нашли; `EMPTY` — стоп, ключа нет; `TOMBSTONE` — идём дальше
|
||||
(здесь легко ошибиться и вернуть `false` раньше времени).
|
||||
|
||||
**Ступень 5. Удаление через tombstone (20 минут).**
|
||||
Нашёл ключ → ставим `TOMBSTONE`, `size--`. Если ключа нет — `false`, ничего не меняем.
|
||||
|
||||
**Ступень 6. Перехеширование (30 минут).**
|
||||
Когда `size * 10 > capacity * 7`, создай массив вдвое больше и **заново вставь все занятые
|
||||
ключи** (tombstone не переносим — в новой таблице пусто). Учти: после этого `size` не должен
|
||||
измениться, а пробеги станут короче. Прогон: `python3 grade.py 10`.
|
||||
|
||||
**Ступень 7. Прогон под санитайзерами (10 минут).**
|
||||
`grade.py` уже собирает с ASAN/UBSAN — если он зелёный, память чистая. Отдельно проверь,
|
||||
что деструктор освобождает ровно то, что выделил конструктор (или не выделяй вручную вовсе,
|
||||
а используй `std::vector` — так короче и безопаснее).
|
||||
|
||||
## Глава V. Критерии приёмки
|
||||
|
||||
Задача сдана, когда `python3 grade.py 10` печатает `PASS` — это значит: сборка без
|
||||
предупреждений, ASAN/UBSAN чистые, все проверки `ok`, включая 512 ключей, кратных 16,
|
||||
перехеширование, удаление из середины цепочки и повторные вставки.
|
||||
|
||||
## Глава VI. Подсказки (открывать после первой честной попытки)
|
||||
|
||||
<details>
|
||||
<summary>Не находит ключи, кратные 16</summary>
|
||||
|
||||
Ты используешь `key & (cap-1)` без перемешивания. Ключи 16, 32, 48, … в маске дают 0 —
|
||||
все в одну ячейку, пробег растёт, а при большом числе ключей ты упираешься в «таблица
|
||||
полна». Лечится хеш-функцией: умножить ключ на большую нечётную константу перед маской.
|
||||
</details>
|
||||
|
||||
<details>
|
||||
<summary>size() растёт от повторных put</summary>
|
||||
|
||||
Сначала ищи существующий ключ. Нашёл — обнови значение и выйди, `size++` не делай.
|
||||
Увеличивай счётчик только когда записал в пустую или tombstone-ячейку.
|
||||
</details>
|
||||
|
||||
<details>
|
||||
<summary>После erase пропадают соседние ключи</summary>
|
||||
|
||||
Ты ставишь `EMPTY` вместо `TOMBSTONE`, и поиск обрывается на этом месте. `EMPTY` — только
|
||||
для никогда не занятых ячеек; после удаления — `TOMBSTONE`.
|
||||
</details>
|
||||
|
||||
<details>
|
||||
<summary>Зацикливается при полной таблице</summary>
|
||||
|
||||
Цикл зондирования обязан ограничиться `capacity` шагами. Если таблица переполнилась —
|
||||
значит не сработал порог перехеширования (0.7) или ты неверно считаешь `size`.
|
||||
</details>
|
||||
|
||||
## Глава VII. Частые ошибки и как их не допустить
|
||||
|
||||
- **Не перемешать хеш** → кластеризация, тест на ключи, кратные 16, падает. Самая частая.
|
||||
- **`%` вместо `&`** → работает, но теряется смысл требования «степень двойки»; и на
|
||||
медленных платформах деление дороже.
|
||||
- **Забыть про tombstone при rehash** → «мёртвые» ячейки переезжают и занимают место.
|
||||
- **Хранить ключ отдельно от значения и перепутать порядок** → ASAN поймает, но лучше
|
||||
держать их в одной структуре ячейки.
|
||||
- **Проверять `size == capacity` вместо load factor** → таблица почти полна, пробеги
|
||||
огромны, время уходит за лимит 2 секунды.
|
||||
|
||||
## После сдачи
|
||||
|
||||
Разбор со мной: почему ёмкость — степень двойки; чем открытая адресация лучше цепочек по
|
||||
кэшу и хуже по кластеризации; как tombstone-метки спасают поиск после удаления; как это
|
||||
устроено в реальных FDB коммутаторов (там обычно хеш с цепочками и ограничением глубины).
|
||||
|
||||
Reference in New Issue
Block a user