# Step 14: DofManager

## 담당 역할과 필수 스킬

- 담당 역할: `implementation-agent`
- 필수 스킬: `fesa-cpp-msvc-tdd`
- 모든 C++ build/test와 최종 VERIFY는 MSVC x64 Debug 기준으로 수행한다.

## 읽어야 할 파일

- `/AGENTS.md`
- `/docs/ARCHITECTURE.md`
- `/docs/ADR.md`
- `/docs/linear-static-3d-euler-beam/requirements.md`
- `/docs/linear-static-3d-euler-beam/io.md`
- `/docs/linear-static-3d-euler-beam/implementation-plan.md`
- `/include/fesa/model/domain.hpp`
- `/include/fesa/analysis/analysis_model.hpp`
- `/src/fesa/analysis/analysis_model.cpp`
- `/tests/unit/analysis/analysis_model_test.cpp`
- `/src/fesa/CMakeLists.txt`
- `/tests/CMakeLists.txt`

## 소유 파일

- Create: `/include/fesa/fem/dof_manager.hpp`
- Create: `/src/fesa/fem/dof_manager.cpp`
- Create: `/tests/unit/fem/dof_manager_test.cpp`
- Modify: `/src/fesa/CMakeLists.txt`
- Modify: `/tests/CMakeLists.txt`

## 작업

node별 여섯 DOF, prescribed constraints, full/free numbering, element scatter map와 sparse
pattern을 단독 소유하는 `DofManager`를 구현하라.

```cpp
enum class DofComponent : std::uint8_t { ux, uy, uz, urx, ury, urz };
struct SparsePattern { std::vector<std::size_t> rowOffsets;
                       std::vector<std::size_t> columnIndices; };
class DofManager {
public:
    static Result<DofManager> create(const AnalysisModel& model);
    std::size_t fullDofCount() const noexcept;
    std::size_t freeDofCount() const noexcept;
    std::size_t constrainedDofCount() const noexcept;
    std::size_t fullDof(EntityIndex node, DofComponent component) const;
    std::optional<std::size_t> freeEquation(std::size_t fullDof) const;
    const std::array<std::size_t, 12>& elementScatter(EntityIndex element) const;
    const std::vector<std::size_t>& freeDofs() const noexcept;
    const std::vector<std::size_t>& constrainedDofs() const noexcept;
    const Vector& prescribedValues() const noexcept;
    const SparsePattern& sparsePattern() const noexcept;
};
```

Node internal index와 fixed component 순서로 full DOF를 부여하고, free/constrained mapping도
stable하게 만든다. Boundary target expansion과 overlapping equal prescriptions를 처리하고,
서로 다른 prescribed value conflict는 diagnostic으로 거부한다. Sparse pattern은 active
element scatter에서 생성하고 각 row column을 sorted unique로 유지한다. Node/Element model
objects를 수정하지 않는다. `prescribedValues()`는 `constrainedDofCount()` 크기이며
`constrainedDofs()`와 동일 순서의 `dc`를 반환한다.

Tests는 6-DOF numbering, set expansion, zero/nonzero constraints, overlapping/conflicting BC,
free equation mapping, 12-DOF element scatter, CSR pattern sorted uniqueness, full/reduced
round-trip를 포함하고 `DofManager` regex로 등록한다.

## Acceptance Criteria

```powershell
cmake --build .harness/build --config Debug --target fesa_tests
ctest --test-dir .harness/build -C Debug -R DofManager --output-on-failure
```

위 command의 RED를 확인한 뒤 구현하고 다음 GREEN/VERIFY를 실행한다.

```powershell
cmake -S . -B .harness/build -A x64 `
  -DFESA_GTEST_SOURCE_DIR=C:/git/googletest `
  "-DMKL_DIR=C:/Program Files (x86)/Intel/oneAPI/mkl/2026.1/lib/cmake/mkl" `
  "-DTBB_DIR=C:/Program Files (x86)/Intel/oneAPI/tbb/2023.1/lib/cmake/tbb" `
  "-DHDF5_DIR=C:/Program Files/HDF_Group/HDF5/2.1.1/cmake"
cmake --build .harness/build --config Debug
ctest --test-dir .harness/build -C Debug -R DofManager --output-on-failure
ctest --test-dir .harness/build -C Debug --show-only=json-v1
ctest --test-dir .harness/build -C Debug --output-on-failure
```

## 검증 절차

1. numbering/constraint/pattern tests를 먼저 작성하고 RED를 확인한다.
2. deterministic mapping에 필요한 최소 구현으로 GREEN을 만든다.
3. model objects에 equation ID가 추가되지 않았는지 review하고 full VERIFY를 수행한다.
4. `/docs/linear-static-3d-euler-beam/implementation-report.md`의
   Step 14 section에 실제 RED/GREEN/VERIFY command, exit code,
   핵심 output과 변경 파일을 기록한다.
5. Step 14를 `completed`로 갱신하고 numbering/pattern evidence를 summary에 기록한다.

## 금지사항

- equation ID를 Node나 Element에 저장하지 마라. 이유: DofManager 단독 ownership 계약이다.
- penalty method, MPC, RBE를 추가하지 마라. 이유: V0 essential elimination 범위 밖이다.
- sparse numeric values를 저장하지 마라. 이유: assembly step 책임이다.
- 직접 commit하지 마라. 이유: Harness executor가 담당한다.
