docs(10_Wiki): Topic_Business/General/Graphic/Programming을 Topics/ 하위로 이동
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This commit is contained in:
Antigravity Agent
@@ -0,0 +1,168 @@
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id: wiki-2026-0508-index-masking
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title: Index Masking
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category: 10_Wiki/Topics
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status: verified
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canonical_id: self
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aliases: [Bitmask Index, Power-of-Two Masking]
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duplicate_of: none
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source_trust_level: A
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confidence_score: 0.9
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verification_status: applied
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tags: [optimization, low-level, ring-buffer, hash]
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raw_sources: []
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last_reinforced: 2026-05-10
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github_commit: pending
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tech_stack:
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language: C/C++/Rust/JavaScript
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framework: General
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# Index Masking
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## 매 한 줄
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> **"매 capacity 가 power-of-two 일 때 `% N` 의 `& (N-1)` replacement"**. 매 modulo 의 expensive (CPU cycle 10-30) 의 single-cycle `AND` 로 대체. Ring buffer, hash table bucket, fixed-size LRU, lock-free queue 의 hot path 의 universal trick. CPU branch predictor 와 cache line 의 friendly.
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## 매 핵심
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### 매 정확성 조건
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- N 이 power-of-two: `2^k`.
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- `index % N == index & (N - 1)` (unsigned 또는 non-negative).
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- `N - 1` 이 모든 lower bit 의 1 의 mask.
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### 매 대표 사용 처
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- Ring buffer / circular queue.
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- Open-addressing hash table bucket index.
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- Game loop frame index modulo history size.
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- Hardware register address calc.
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- Lock-free SPSC/MPMC queue (Disruptor pattern).
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### 매 응용
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1. LMAX Disruptor (Java) — sequence & ringMask.
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2. Linux kernel ringbuffer.
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3. Redis hash table — sizemask.
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4. V8 hidden class transitions table.
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## 💻 패턴
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### Basic ring buffer (C)
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```c
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#define RB_CAP 1024 // must be power of two
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typedef struct {
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int data[RB_CAP];
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uint32_t head, tail; // free-running counters
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} RingBuf;
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static inline void rb_push(RingBuf *r, int v) {
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r->data[r->head & (RB_CAP - 1)] = v;
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r->head++;
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}
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static inline int rb_pop(RingBuf *r) {
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int v = r->data[r->tail & (RB_CAP - 1)];
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||||
r->tail++;
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return v;
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}
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```
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### TypeScript fixed-size circular log
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```typescript
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class CircularLog<T> {
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private buf: (T | undefined)[]
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private mask: number
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private head = 0
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constructor(capacityPow2: number) {
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if ((capacityPow2 & (capacityPow2 - 1)) !== 0)
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||||
throw new Error('capacity must be power of two')
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||||
this.buf = new Array(capacityPow2)
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||||
this.mask = capacityPow2 - 1
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}
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||||
push(v: T) {
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this.buf[this.head & this.mask] = v
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||||
this.head++
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}
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||||
recent(n: number): T[] {
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||||
const out: T[] = []
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||||
for (let i = 0; i < n; i++) {
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const v = this.buf[(this.head - 1 - i) & this.mask]
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||||
if (v !== undefined) out.push(v)
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||||
}
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||||
return out
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}
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}
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||||
```
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||||
### Round-up to next power of two
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||||
```c
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||||
uint32_t next_pow2(uint32_t v) {
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||||
v--;
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||||
v |= v >> 1; v |= v >> 2; v |= v >> 4; v |= v >> 8; v |= v >> 16;
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||||
return v + 1;
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}
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||||
```
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||||
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||||
### Hash table bucket
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||||
```rust
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struct Map<K, V> {
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buckets: Vec<Option<(K, V)>>,
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||||
mask: usize,
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||||
}
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||||
impl<K: Hash + Eq, V> Map<K, V> {
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||||
fn bucket(&self, k: &K) -> usize {
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||||
let mut h = DefaultHasher::new();
|
||||
k.hash(&mut h);
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||||
(h.finish() as usize) & self.mask // mask = capacity - 1
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||||
}
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||||
}
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```
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||||
### SPSC lock-free (Disruptor-style)
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||||
```c
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||||
// producer
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||||
void produce(RingBuf *r, int v) {
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||||
uint32_t h = atomic_load(&r->head);
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||||
while (h - atomic_load(&r->tail) >= RB_CAP) cpu_relax(); // full
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||||
r->data[h & (RB_CAP - 1)] = v;
|
||||
atomic_store(&r->head, h + 1);
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||||
}
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```
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||||
### Branch-free wrap (negative-safe)
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||||
```c
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||||
// for signed wrap, use bit-and after cast
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||||
int idx = ((int)(counter) & ((int)CAP - 1)); // counter must be non-negative
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```
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## 매 결정 기준
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| 상황 | Approach |
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|---|---|
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| Hot path, capacity 가 control 가능 | Power-of-2 + masking |
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| Capacity 가 user-input arbitrary | `%` (or round up to pow2) |
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| Capacity 가 dynamic resize | resize 시 `mask` recompute |
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| Signed counter | unsigned cast 또는 modulo |
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| Hardware-aligned (cache line) | pow2 + alignment 조합 |
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**기본값**: 매 ring/hash table 는 power-of-two + bitmask. 매 capacity 의 dynamic 이면 round-up.
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## 🔗 Graph
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- 응용: [[Object Pooling (오브젝트 풀링)]]
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- Adjacent: [[SharedArrayBuffer로 스레드 간 메모리 공유 효율 높이기]] · [[Pointer Compression]]
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## 🤖 LLM 활용
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**언제**: 매 high-throughput data structure, lock-free queue, HFT, game engine frame loop.
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**언제 X**: capacity 의 control 안 되거나 readability priority 인 일반 application code.
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## ❌ 안티패턴
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- **Non-pow2 size 에 mask 적용**: 매 silent index out-of-range, data corruption.
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- **Signed negative index 의 masking**: `-1 & (N-1)` 의 N-1 이 됨 → 매 unsigned cast 또는 `((i % N) + N) % N` pattern.
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- **Capacity 1 의 mask 0**: 매 always index 0, degenerate.
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- **Premature application**: 매 측정 없이 micro-optimization. 매 hot path 만 의 적용.
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## 🧪 검증 / 중복
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- Verified (Hacker's Delight Ch.3, LMAX Disruptor paper, Linux kfifo source, Redis dict.c).
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- 신뢰도 A.
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## 🕓 Changelog
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| 날짜 | 변경 |
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| 2026-05-08 | Phase 1 |
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| 2026-05-10 | Manual cleanup — power-of-2 masking patterns + ring/hash applications |
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Reference in New Issue
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