โปรแกรมบล็อกและ Git สำหรับงานทีม

ทำไมต้องรู้

นักศึกษาหลายคนเริ่มเขียนโปรแกรมโดรนด้วย โปรแกรมบล็อก เช่น แอป Hula ของ HighGreat ซึ่งลากบล็อก “ขึ้นบิน” “บินไปข้างหน้า” “เลี้ยว” มาต่อกัน โปรแกรมบล็อกช่วยให้เห็นโครงสร้างของโปรแกรมชัดเจน แต่เมื่องานใหญ่ขึ้น ต้องใช้ภาษาที่ทดสอบได้ นำกลับมาใช้ได้ และทำงานร่วมกันเป็นทีมได้ ซึ่งคือ Python กับ Git

ข่าวดีคือแนวคิดเหมือนกันแทบทั้งหมด บล็อกหนึ่งบล็อกคือคำสั่งหนึ่งบรรทัด บล็อก Repeat คือ for บล็อก if คือ if สิ่งที่ได้เพิ่มคือเครื่องมือทดสอบ การจำลอง และประวัติการแก้ไขที่ตรวจย้อนได้

จากบล็อกสู่ Python

คลาสต่อไปนี้จำลองโดรนในระนาบ ไม่ได้สั่งโดรนจริง แต่ช่วยตรวจตรรกะของโปรแกรมก่อนนำไปบิน ความเร็วในแอป Hula เป็นเปอร์เซ็นต์ของคำสั่ง ไม่ใช่ m/s คลาสนี้จึงไม่จำลองเวลาบิน

import math


class SimDrone:
    """A flat-plane drone model for checking block programs before flight."""

    def __init__(self):
        self.x_cm = 0.0
        self.y_cm = 0.0
        self.heading_deg = 0.0
        self.flying = False
        self.distance_cm = 0.0
        self.turned_deg = 0.0

    def take_off(self):
        self.flying = True

    def land(self):
        self.flying = False

    def _require_flying(self):
        if not self.flying:
            raise RuntimeError("take off first")

    def fly_forward(self, cm):
        self._require_flying()
        self.x_cm += cm * math.sin(math.radians(self.heading_deg))
        self.y_cm += cm * math.cos(math.radians(self.heading_deg))
        self.distance_cm += cm

    def turn_clockwise(self, deg):
        self._require_flying()
        self.heading_deg = (self.heading_deg + deg) % 360
        self.turned_deg += deg

    def back_at_start(self):
        return math.isclose(self.x_cm, 0, abs_tol=1e-6) and math.isclose(self.y_cm, 0, abs_tol=1e-6)


drone = SimDrone()
try:
    drone.fly_forward(100)
except RuntimeError as err:
    print("error:", err)

error: take off first

เมธอด _require_flying() บังคับกฎ “ต้องขึ้นบินก่อน” ของ Hula ในโค้ด ถ้าลืมบล็อก Take off โปรแกรมจำลองจะแจ้งทันที แทนที่จะไปพบปัญหาตอนบินจริง

รูปหลายเหลี่ยมและรูปดาว

def fly_polygon(n, k, side_cm):
    drone = SimDrone()
    drone.take_off()
    for _ in range(n):
        drone.fly_forward(side_cm)
        drone.turn_clockwise(360 * k / n)
    drone.land()
    return drone


for n, k, side in [(4, 1, 60), (5, 2, 50)]:
    d = fly_polygon(n, k, side)
    print(f"{{{n}/{k}}}: turn {360 * k / n:.0f} deg, flown {d.distance_cm:.0f} cm, "
          f"turned {d.turned_deg:.0f} deg, back at start: {d.back_at_start()}")

{4/1}: turn 90 deg, flown 240 cm, turned 360 deg, back at start: True
{5/2}: turn 144 deg, flown 250 cm, turned 720 deg, back at start: True

def legs_until_back(n, k, side_cm=100):
    drone = SimDrone()
    drone.take_off()
    for leg in range(1, n + 1):
        drone.fly_forward(side_cm)
        drone.turn_clockwise(360 * k / n)
        if drone.back_at_start():
            return leg
    return None


for n, k in [(5, 2), (6, 2), (7, 3)]:
    print(f"{{{n}/{k}}}: back after {legs_until_back(n, k)} legs, n / gcd = {n // math.gcd(n, k)}")

{5/2}: back after 5 legs, n / gcd = 5
{6/2}: back after 3 legs, n / gcd = 3
{7/3}: back after 7 legs, n / gcd = 7

ทำงานคู่ขนาน

ตัวอย่างระดับ 5 ของ Hula แยกเป็นสองสคริปต์ที่ทำงานพร้อมกัน สคริปต์แรกบินสำรวจ สคริปต์ที่สองค้นหาเป้าหมาย QR ทั้งสองสื่อสารผ่านบล็อก broadcast และตัวแปรร่วม ใน Python ใช้ thread สองตัว threading.Event แทน broadcast และ threading.Lock ป้องกันไม่ให้สอง thread แก้ตัวแปรร่วมพร้อมกันจนค่าผิด

import threading

mission_started = threading.Event()
lock = threading.Lock()
targets_marked = 0
QR_FOUND_AT_SCAN = {2, 5, 6}


def search_thread():
    global targets_marked
    mission_started.wait()
    scan = 0
    while targets_marked < 3:
        scan += 1
        if scan in QR_FOUND_AT_SCAN:
            with lock:
                targets_marked += 1
        threading.Event().wait(0.002)


searcher = threading.Thread(target=search_thread)
searcher.start()
mission_started.set()
while targets_marked < 3:
    threading.Event().wait(0.002)
searcher.join()
print("targets marked:", targets_marked)

targets marked: 3

searcher.join() รอให้ thread ค้นหาจบก่อนลงจอด ตรงกับบล็อก stop all scripts ใน Hula ที่กันไม่ให้มีสคริปต์ค้างทำงานต่อ การเขียนโปรแกรมคู่ขนานผิดพลาดง่าย ถ้าไม่จำเป็นให้เขียนแบบลำดับเดียวก่อน

Git: บันทึกประวัติงาน

Git บันทึกภาพของโค้ดแต่ละช่วง (commit) พร้อมข้อความอธิบาย ย้อนกลับได้ และให้หลายคนทำงานในโค้ดเดียวกันได้ หนังสือ Pro Git อ่านได้ฟรีที่ git-scm.com

git config --global init.defaultBranch main   # Git ยังตั้งชื่อ branch เริ่มต้นเป็น master
git init
git add mission_tools.py test_mission_tools.py
git commit -m "feat: add battery_status and distance_m"
git log --oneline

ไฟล์ .gitignore บอก Git ว่าไม่ต้องติดตามไฟล์ใด ต้องมีตั้งแต่ commit แรก

.venv/
__pycache__/
*.tlog
.env

GitHub flow และข้อความ commit

GitHub flow มีขั้นตอนง่าย ๆ ได้แก่ แตก branch จาก main → แก้และ commit → เปิด pull request → เพื่อนในทีม review → merge แล้วลบ branch

git switch -c feature/battery-check
# แก้โค้ด รันการทดสอบให้ผ่าน
git add mission_tools.py test_mission_tools.py
git commit -m "fix: treat 15% as LOW, not OK"
git push -u origin feature/battery-check

Conventional Commits 1.0.0 กำหนดรูปแบบ ชนิด(ขอบเขต): คำอธิบาย เช่น feat: สำหรับความสามารถใหม่ fix: สำหรับแก้บั๊ก และ docs: test: refactor: สำหรับงานอื่น ข้อความที่ดีบอก ว่าเปลี่ยนอะไร ไม่ใช่ “แก้งาน” หรือ “update”

ปฏิบัติการประจำโมดูล

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย

สรุป

• บล็อกของ Hula แปลงเป็น Python ได้ตรง ๆ: Repeat คือ for repeat until คือ while broadcast คือ threading.Event
• คลาสจำลองโดรนช่วยตรวจตรรกะก่อนบิน มุมเลี้ยวของรูป $\{n/k\}$ คือ $360^{\circ }k/n$ และปิดวงหลัง $n/\gcd (n,k)$ ช่วง
• thread ที่ใช้ตัวแปรร่วมต้องมี Lock และต้องรอให้ thread จบด้วย join()
• Git มีสี่พื้นที่ และ GitHub flow คือ branch → commit → pull request → review → merge
• ข้อความ commit ตาม Conventional Commits และห้าม commit ข้อมูลลับ

แบบฝึกตรวจความเข้าใจ

1. บล็อก Repeat 5 times ตรงกับคำสั่ง Python ใด
2. รูปหกเหลี่ยมด้านเท่า $\{6/1\}$ ด้านละ 100 cm ต้องเลี้ยวครั้งละกี่องศา และบินรวมกี่ cm
3. รูป $\{8/2\}$ จะกลับจุดเริ่มหลังบินกี่ช่วง
4. คำสั่ง Git ใดย้ายการเปลี่ยนแปลงจากโฟลเดอร์งานไปพื้นที่เตรียม
5. เผลอ commit API key ขึ้น GitHub แล้ว สิ่งแรกที่ต้องทำคืออะไร