# Agent: Add New Programming Language to Pi Calculation Benchmark

## Overview

This project benchmarks 34 programming languages calculating π (pi) using Machin's formula. Each language implements the same algorithm for fair performance comparison. This document provides complete instructions for adding new languages.

## Project Status

**Current Languages (34 total):**
bash, brainfuck, c, cpp, crystal, csharp, d, dart, elixir, erlang, fortran, go, haskell, java, javascript, julia, kotlin, objective-c, scala, typescript, lua, nim, odin, perl, php, python, r, ruby, rust, swift, zig, assembly, vimscript, wolfram

**Test Environment:**
- **Hardware:** MacBook Neo, Apple A18 Pro (6 cores: 2 performance + 4 efficiency), 8 GB RAM
- **OS:** macOS (Darwin)
- **Test Date:** 2026-04-23

**Performance Results (10000 decimals):**
- **Fastest:** C (24 ms), Objective-C (25 ms), Assembly (27 ms)
- **Slowest:** TypeScript (10334 ms), JavaScript (10065 ms), Swift (6735 ms)

**Binary Sizes:**
- **Smallest:** 103B (wrapper scripts for interpreted languages)
- **Largest:** 13M (Haskell native binary)
- **Typical compiled:** 34K-2.5M

## IMPORTANT: Bash Exception

**Bash is an EXCEPTION** and serves only as reference code. Bash uses `bc -l` with formula `4*a(1)` to calculate pi, which is a different algorithm than Machin's formula. Bash is not included in performance comparisons and the requirements below do not apply to Bash.

All other languages (Go, Rust, Python, C, C++, Haskell, Erlang, etc.) MUST follow the rules below exactly.

## Step 1: Create Directory Structure

Create a new directory in the project root with the language name (lowercase) with the following structure:

```
/Users/einand/Code/test/<language>/
├── bin/           # Compiled binaries or wrapper scripts
│   └── print_hej  # The executable file
├── src/           # Source code
│   └── print_hej.<extension>  # Source file
└── cmd/           # Commands and scripts
    ├── build.sh   # Build script
    └── test.sh    # Test script
```

Examples:
- `python/src/print_hej.py`
- `python/bin/print_hej` (wrapper script)
- `python/cmd/build.sh`
- `python/cmd/test.sh`

- `rust/src/print_hej.rs`
- `rust/bin/print_hej` (compiled binary)
- `rust/cmd/build.sh`
- `rust/cmd/test.sh`

## Step 2: Create Program File

Create a file named `print_hej.<extension>` in the `src/` directory.

### Mandatory Program Requirements:

1. **Accept argument**: The program must accept one command-line argument specifying the number of decimal places to calculate.
   - If no argument provided, use default 100 decimals
   - If invalid argument, use default 100 decimals

2. **Calculate pi correctly**: Use Machin's formula with Taylor series for arctan.
   - Machin's formula: `pi/4 = 4*arctan(1/5) - arctan(1/239)`
   - Taylor-serien för arctan: `arctan(1/x) = 1/x - 1/(3*x^3) + 1/(5*x^5) - ...`

## Steg 2.5: OBLIGATORISK ALGORITM

**VIKTIGT**: Alla implementationer MÅSTE använda exakt samma algoritm för att säkerställa rättvis jämförelse mellan språk.

### Den obligatoriska algoritmen för arctan(1/x):

```
function arctan(x, decimals):
    scale = 10^(decimals + 10)
    x_squared = x * x
    
    term = scale / x
    result = 0
    sign = 1
    n = 0
    
    while term != 0 AND n < decimals * 3:
        // Add contribution with sign
        contrib = term / (2*n + 1)
        if sign > 0:
            result = result + contrib
        else:
            result = result - contrib
        
        // Next term: divide by x²
        term = term / x_squared
        
        // Flip sign
        sign = -sign
        n = n + 1
        
        // Safety limit
        if n > decimals * 2:
            break
    
    return result
```

### Nyckelpunkter för algoritmen:

1. **Skala med 10^(decimals+10)**: Använd heltalsaritmetik med skalfaktor för precision
2. **Dela med x² varje iteration**: Detta är den kritiska optimeringen!
   - ❌ **FEL**: Beräkna `x^(2n+1)` från grunden varje iteration (mycket långsamt)
   - ✅ **RÄTT**: `term = term / x²` varje iteration (snabbt)
3. **Använd teckenväxling**: `sign = -sign` för att alternera mellan addition och subtraktion
4. **Säkerhetsgräns**: `n < decimals * 3` för att undvika oändliga loopar

### Varför denna algoritm?

Denna algoritm är **optimerad** för godtycklig precision:

- **Effektivitet**: Att dela med `x²` varje iteration är O(n) operation
- **Jämförbarhet**: Alla språk använder samma algoritm, vilket ger rättvis prestandajämförelse
- **Korrekthet**: Algoritmen konvergerar snabbt och ger exakta resultat

### Exempel på implementationer:

**Python:**
```python
def arctan(x, precision):
    result = Decimal(0)
    x = Decimal(x)
    x_squared = x * x
    
    term = Decimal(1) / x
    sign = 1
    
    for n in range(1000000):
        divisor = Decimal(2 * n + 1)
        contrib = term / divisor
        
        if sign > 0:
            result += contrib
        else:
            result -= contrib
        
        term = term / x_squared
        sign = -sign
        
        if term < Decimal(10) ** (-precision - 10):
            break
    
    return result
```

**Rust:**
```rust
fn arctan_big(x: u32, scale: &BigUint) -> BigUint {
    let mut result = BigUint::zero();
    let x_big = BigUint::from(x);
    let x_squared = &x_big * &x_big;
    
    let mut term = scale / &x_big;
    let mut sign: i32 = 1;
    let mut n: u64 = 0;
    
    loop {
        let divisor = BigUint::from(2u64 * n + 1);
        let contrib = &term / &divisor;
        
        if sign > 0 {
            result = &result + &contrib;
        } else {
            result = &result - &contrib;
        }
        
        term = &term / &x_squared;
        sign = -sign;
        
        if term.is_zero() || n > 5000000 {
            break;
        }
        n += 1;
    }
    
    result
}
```

**C:**
```c
void arctan(mpz_t result, unsigned long x, unsigned long decimals) {
    mpz_t term, x_squared, contrib;
    mpz_init(term);
    mpz_init(x_squared);
    mpz_init(contrib);
    
    mpz_t scale;
    mpz_init(scale);
    mpz_ui_pow_ui(scale, 10, decimals + 10);
    
    mpz_set_ui(x_squared, x);
    mpz_mul_ui(x_squared, x_squared, x);
    
    mpz_fdiv_q_ui(term, scale, x);
    mpz_set_ui(result, 0);
    
    unsigned long n = 0;
    int sign = 1;
    
    while (mpz_cmp_ui(term, 0) != 0 && n < decimals * 3) {
        mpz_fdiv_q_ui(contrib, term, 2 * n + 1);
        
        if (sign > 0) {
            mpz_add(result, result, contrib);
        } else {
            mpz_sub(result, result, contrib);
        }
        
        mpz_fdiv_q(term, term, x_squared);
        sign = -sign;
        n++;
        
        if (n > decimals * 2) break;
    }
    
    mpz_clear(term);
    mpz_clear(x_squared);
    mpz_clear(contrib);
    mpz_clear(scale);
}
```

### Steg 4: Utdataformat

Programmet ska skriva ut pi med exakt antal decimaler, följt av newline.
   - Format: `3.1415926535...` (inga extra tecken, ingen avrundning)
   - Exakt `<antal_decimaler>` decimaler efter punkten

5. **Inga extra utskrifter**: Endast pi-värdet ska skrivas ut, inga debug-meddelanden eller statusinformation.

### Exempel på korrekt utdata:

```
$ bin/print_hej 10
3.1415926535

$ bin/print_hej 5
3.14159

$ bin/print_hej 100
3.1415926535897932384626433832795028841971693993751058209749445923078164062862089986280348253421170679
```

## Steg 5: Använd godtycklig precision (Arbitrary Precision)

Programmet MÅSTE använda godtycklig precision (arbitrary precision) aritmetik för att beräkna pi korrekt med många decimaler.

### Språkspecifika bibliotek:

| Språk | Bibliotek | Användning |
|-------|-----------|------------|
| Python | `decimal.Decimal` | `from decimal import Decimal, getcontext` |
| Rust | `num-bigint` | `use num_bigint::BigUint;` |
| Go | `math/big` | `import "math/big"` |
| Bash | `bc -l` | `echo "scale=$decimals; 4*a(1)" \| bc -l` |
| C | `GMP` eller egen implementation | `#include <gmp.h>` |
| C++ | `boost::multiprecision` | `#include <boost/multiprecision/cpp_int.hpp>` |
| Java | `BigInteger` / `BigDecimal` | `import java.math.BigInteger;` |
| JavaScript | `big-integer` eller `decimal.js` | `npm install big-integer` |
| Ruby | `BigDecimal` | `require 'bigdecimal'` |

### Viktigt om precision:

- Sätt precision till minst `decimals + 10` för att undvika avrundningsfel
- Använd heltalsaritmetik där det är möjligt (skala med 10^n)
- Kontrollera att resultatet matchar facit.txt

## Steg 6: Kompilera (om nödvändigt)

Om språket kräver kompilering:

### Kompilerade språk:

1. **Rust**: Skapa `Cargo.toml` med beroenden
   ```toml
   [dependencies]
   num-bigint = "0.4"
   num-traits = "0.2"
   ```
   Kompilera: `cargo build --release`
   Binär: `bin/print_hej`

2. **Go**: Ingen extra konfiguration behövs
   Kompilera: `go build -o bin/print_hej src/print_hej.go`

3. **C/C++**: Skapa `Makefile` eller kompilera manuellt
   Kompilera: `gcc -o bin/print_hej src/print_hej.c -lgmp`

### Tolkade språk:

Ingen kompilering behövs. Skapa ett wrapper-script i `bin/`:
```bash
#!/bin/bash
# Wrapper script for interpreted languages
SCRIPT_DIR="$(cd "$(dirname "$0")/.." && pwd)"
cd "$SCRIPT_DIR"
<interpreter> src/print_hej.<extension> "$@"
```

## Steg 7: Skapa build.sh (OBLIGATORISKT)

**VIKTIGT**: Varje språk MÅSTE ha en `build.sh` i `cmd/`-katalogen som bygger programmet.

Skapa filen `<språk>/cmd/build.sh` med följande innehåll:

### För kompilerade språk:

```bash
#!/bin/bash

# <Språk> Build Script

SCRIPT_DIR="$(cd "$(dirname "$0")/.." && pwd)"
cd "$SCRIPT_DIR"

echo "=== <Språk> Build ==="
echo ""

# Skapa bin-katalog
mkdir -p bin

# Kompilera programmet
<kompilationskommando> -o bin/print_hej src/print_hej.<extension>

if [ $? -eq 0 ]; then
    echo "✓ Kompilering lyckades!"
    echo "Binär: bin/print_hej"
    echo ""
    echo "För att köra:"
    echo "  bin/print_hej [decimaler]"
else
    echo "✗ Kompilering misslyckades!"
    exit 1
fi
```

### För interpreterade språk:

```bash
#!/bin/bash

# <Språk> Build Script - <Språk> är interpreterat, ingen kompilering behövs

SCRIPT_DIR="$(cd "$(dirname "$0")/.." && pwd)"
cd "$SCRIPT_DIR"

echo "=== <Språk> Build ==="
echo "<Språk> är ett interpreterat språk, ingen kompilering behövs."
echo "Script: src/print_hej.<extension>"
echo ""
echo "Skapar wrapper script i bin/"
mkdir -p bin
cat > bin/print_hej << 'EOF'
#!/bin/bash
SCRIPT_DIR="$(cd "$(dirname "$0")/.." && pwd)"
cd "$SCRIPT_DIR"
<interpreter> src/print_hej.<extension> "$@"
EOF
chmod +x bin/print_hej
echo "✓ Klart!"
```

### Exempel:

**C:**
```bash
#!/bin/bash
SCRIPT_DIR="$(cd "$(dirname "$0")/.." && pwd)"
cd "$SCRIPT_DIR"
echo "=== C Build ==="
mkdir -p bin
gcc -o bin/print_hej src/print_hej.c -lgmp
if [ $? -eq 0 ]; then
    echo "✓ Kompilering lyckades!"
else
    echo "✗ Kompilering misslyckades!"
    exit 1
fi
```

**Python:**
```bash
#!/bin/bash
SCRIPT_DIR="$(cd "$(dirname "$0")/.." && pwd)"
cd "$SCRIPT_DIR"
echo "=== Python Build ==="
mkdir -p bin
cat > bin/print_hej << 'EOF'
#!/bin/bash
SCRIPT_DIR="$(cd "$(dirname "$0")/.." && pwd)"
cd "$SCRIPT_DIR"
python3 src/print_hej.py "$@"
EOF
chmod +x bin/print_hej
echo "✓ Klart!"
```

## Steg 8: Skapa test.sh (OBLIGATORISKT)

**VIKTIGT**: Tester är OBLIGATORISKT, inte valfria. Varje nytt språk MÅSTE ha tester.

Skapa filen `<språk>/cmd/test.sh` som kör språkets testramverk:

### För språk med testramverk:

```bash
#!/bin/bash

# <Språk> Unit Tests - använder <testramverk>

SCRIPT_DIR="$(cd "$(dirname "$0")/.." && pwd)"
cd "$SCRIPT_DIR"

echo "=== <Språk> Pi-beräkning Unit Tester (<testramverk>) ==="
echo ""

# Kör testramverket
<testkommando>

exit $?
```

### Exempel per språk:

**Python (pytest):**
```bash
#!/bin/bash
SCRIPT_DIR="$(cd "$(dirname "$0")/.." && pwd)"
cd "$SCRIPT_DIR"
echo "=== Python Pi-beräkning Unit Tester (pytest) ==="
/Users/einand/Code/test/.venv/bin/python -m pytest src/test_pi.py -v
exit $?
```

**JavaScript (Jest):**
```bash
#!/bin/bash
SCRIPT_DIR="$(cd "$(dirname "$0")/.." && pwd)"
cd "$SCRIPT_DIR"
echo "=== JavaScript Pi-beräkning Unit Tester (Jest) ==="
npm test
exit $?
```

**Go (go test):**
```bash
#!/bin/bash
SCRIPT_DIR="$(cd "$(dirname "$0")/.." && pwd)"
cd "$SCRIPT_DIR"
echo "=== Go Pi-beräkning Unit Tester (go test) ==="
go test -v
exit $?
```

**Rust (cargo test):**
```bash
#!/bin/bash
SCRIPT_DIR="$(cd "$(dirname "$0")/.." && pwd)"
cd "$SCRIPT_DIR"
echo "=== Rust Pi-beräkning Unit Tester (cargo test) ==="
cargo test
exit $?
```

**C (assert):**
```bash
#!/bin/bash
SCRIPT_DIR="$(cd "$(dirname "$0")/.." && pwd)"
cd "$SCRIPT_DIR"
echo "=== C Pi-beräkning Unit Tester (assert) ==="
gcc -o bin/pi_test src/pi_test.c
bin/pi_test
exit $?
```

### Obligatoriska tester:

Varje testfil ska innehålla följande testfall:

1. **Testa 10 decimaler**: Resultatet ska vara `3.1415926535`
2. **Testa 5 decimaler**: Resultatet ska vara `3.14159`
3. **Testa 1 decimal**: Resultatet ska vara `3.1`
4. **Testa 100 decimaler**: Resultatet ska matcha facit.txt
5. **Testa default (100 decimaler)**: Resultatet ska matcha facit.txt
6. **Testa ogiltig input**: Ska använda default (100 decimaler)
7. **Testa 10000 decimaler**: Resultatet ska matcha facit.txt

## Steg 9: Verifiera

Kör `build.sh` och `test.sh` för att verifiera:

```bash
# Bygg programmet
cd <språk>
cmd/build.sh

# Kör tester
cmd/test.sh

# Eller kör alla builds och tester från roten
cd /Users/einand/Code/test
./build.sh      # Bygger alla språk
./run_all_tests.sh  # Kör alla tester
```

Alla tester ska passera för det nya språket.

## Steg 10: Dokumentation

Lägg till en README.md i språkkatalogen med:

1. **Beskrivning**: Kort beskrivning av implementationen
2. **Krav**: Nödvändiga beroenden och versioner
3. **Kompilering**: Instruktioner för att kompilera (om nödvändigt)
4. **Körning**: Instruktioner för att köra programmet
5. **Prestanda**: Notering om prestanda jämfört med andra språk

### Exempel på README.md:

```markdown
# Python Pi-beräkning

## Beskrivning
Beräknar pi med godtycklig precision med hjälp av Machins formel.

## Struktur
```
python/
├── bin/
│   └── print_hej      # Wrapper script
├── src/
│   └── print_hej.py   # Källkod
└── cmd/
    ├── build.sh       # Byggscript
    └── test.sh        # Testscript
```

## Krav
- Python 3.6+
- Inga externa beroenden (använder `decimal` från standardbiblioteket)

## Körning
```bash
# Bygg (skapar wrapper script)
cmd/build.sh

# Kör
bin/print_hej <antal_decimaler>
```

## Prestanda
- 10 decimaler: ~100 ms
- 100 decimaler: ~40 ms
- 10000 decimaler: ~500 ms
```

## Vanliga problem och lösningar

### Problem: "Avrundningsfel vid många decimaler"

**Lösning**: Öka precisionen i beräkningen. Sätt precision till minst `decimals + 20` för att undvika avrundningsfel i sista siffrorna.

### Problem: "Programmet är för långsamt"

**Lösning**: 
- Använd Machins formel istället för Leibniz formel (konvergerar snabbare)
- Optimera arctan-funktionen med bättre algoritmer
- Använd språkets optimerade bibliotek för stor heltalsaritmetik

### Problem: "Resultatet matchar inte facit.txt"

**Lösning**:
- Kontrollera att du inte avrundar resultatet
- Se till att du klipper till exakt rätt antal decimaler
- Verifiera att algoritmen är korrekt implementerad

### Problem: "Kompileringsfel med beroenden"

**Lösning**:
- Se till att alla beroenden är installerade
- Kontrollera versioner av bibliotek
- Använd container för att isolera miljön

## Facit

Facit finns i `/Users/einand/Code/test/facit.txt` och innehåller pi med 10000+ decimaler.

## Struktur

```
/Users/einand/Code/test/
├── bash/
│   ├── bin/
│   │   └── print_hej
│   ├── src/
│   │   └── print_hej.sh
│   └── cmd/
│       ├── build.sh
│       └── test.sh
├── go/
│   ├── bin/
│   │   └── print_hej
│   ├── src/
│   │   ├── print_hej.go
│   │   └── print_hej_test.go
│   └── cmd/
│       ├── build.sh
│       └── test.sh
├── rust/
│   ├── bin/
│   │   └── print_hej
│   ├── src/
│   │   └── print_hej.rs
│   └── cmd/
│       ├── build.sh
│       └── test.sh
├── python/
│   ├── bin/
│   │   └── print_hej
│   ├── src/
│   │   ├── print_hej.py
│   │   └── test_pi.py
│   └── cmd/
│       ├── build.sh
│       └── test.sh
├── <nytt_språk>/
│   ├── bin/
│   │   └── print_hej
│   ├── src/
│   │   └── print_hej.<extension>
│   └── cmd/
│       ├── build.sh
│       └── test.sh
└── facit.txt             # Facit för verifiering
```

## Sammanfattning

För att lägga till ett nytt språk:

1. Skapa katalogstruktur `<språk>/{bin,src,cmd}/`
2. Skapa `src/print_hej.<extension>` med korrekt implementation
3. **Använd den obligatoriska algoritmen** (se Steg 2.5)
4. Använd godtycklig precision (arbitrary precision)
5. Skapa `cmd/build.sh` (OBLIGATORISKT) - bygger programmet
6. Skapa `cmd/test.sh` (OBLIGATORISKT) - kör testramverket
7. Skapa testfiler för språkets testramverk (t.ex. `src/test_pi.py`, `src/pi_test.go`)
8. Verifiera med `cmd/build.sh` och `cmd/test.sh`
9. Dokumentera i README.md

**VIKTIGT**: 
- Alla implementationer MÅSTE använda exakt samma algoritm (se Steg 2.5) för att säkerställa rättvis prestandajämförelse
- `cmd/build.sh` och `cmd/test.sh` är OBLIGATORISKA, inte valfria
- Tester ska använda språkets standardiserade testramverk (pytest, Jest, go test, etc.)
- Binären/wrappern ska placeras i `bin/`-katalogen
- Källkoden ska placeras i `src/`-katalogen
- Scripts ska placeras i `cmd/`-katalogen

Följ dessa steg exakt för att säkerställa att det nya språket fungerar korrekt med resten av projektet.