#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <string.h>
#include "numbers.h"
#include "bintree.h"

// --- Vergleichsfunktionen ---

// 1. Vergleichsfunktion für qsort (vergleicht unsigned int-Werte)
int compare_unsigned_int(const void *a, const void *b) {
    unsigned int arg1 = *(const unsigned int*)a;
    unsigned int arg2 = *(const unsigned int*)b;

    if (arg1 < arg2) return -1;
    if (arg1 > arg2) return 1;
    return 0;
}

// 2. Vergleichsfunktion für den Binärbaum (vergleicht die *Daten* der Knoten)
// Die Argumente sind Pointer auf die *Daten* (void*), d.h. Pointer auf unsigned int.
int compare_tree_data(const void *arg1, const void *arg2) {
    // Cast der void*-Pointer auf unsigned int*-Pointer
    unsigned int val1 = *(const unsigned int*)arg1;
    unsigned int val2 = *(const unsigned int*)arg2;

    if (val1 < val2) return -1;
    if (val1 > val2) return 1;
    return 0;
}

//TODO: getDuplicate und createNumbers implementieren
/*  *   * Erzeugen eines Arrays mit der vom Nutzer eingegebenen Anzahl an Zufallszahlen.
  * Sicherstellen, dass beim Befüllen keine Duplikate entstehen.
  * Duplizieren eines zufälligen Eintrags im Array.
  * in `getDuplicate()`: Sortieren des Arrays und Erkennen der doppelten Zahl durch Vergleich benachbarter Elemente. */

// Returns len random numbers between 1 and 2x len in random order which are all different, except for two entries.
// Returns NULL on errors. Use your implementation of the binary search tree to check for possible duplicates while
// creating random numbers.
/* * Erzeugt ein Array mit (len - 1) eindeutigen Zufallszahlen und einem Duplikat.
 * Die Duplikatprüfung erfolgt über den Binärbaum (addToTree).
 */
unsigned int *createNumbers(unsigned int len) {
    if (len == 0) {
        return NULL;
    }

    // 1. Initialisierung
    // Der BST wird zunächst als NULL initialisiert, da addToTree rekursiv arbeitet.
    TreeNode *root = NULL;

    // 2. Speicher für das Ziel-Array allokieren
    unsigned int *numbers = (unsigned int *)malloc(len * sizeof(unsigned int));
    if (numbers == NULL) {
        return NULL;
    }

    unsigned int count = 0;
    unsigned int max_val = 2 * len;

    // Speichert den Wert, der später dupliziert wird (aus dem Array gewählt)
    unsigned int value_to_duplicate = 0;

    // 3. Erzeugen von len - 1 eindeutigen Zufallszahlen
    while (count < len - 1) {
        unsigned int random_num = (rand() % max_val) + 1;
        int is_duplicate = 0;

        // Wir müssen die Zahl als dynamisch allokierten Speicher übergeben,
        // da addToTree eine Kopie davon erwartet.
        unsigned int *num_ptr = (unsigned int *)malloc(sizeof(unsigned int));
        if (num_ptr == NULL) {
            // cleanup: Baum und bereits allokiertes Array freigeben
            clearTree(root);
            free(numbers);
            return NULL;
        }
        *num_ptr = random_num;

        // Fügen in den Baum ein:
        // root MUSS das Ergebnis der rekursiven addToTree-Funktion speichern!
        root = addToTree(root, num_ptr, sizeof(unsigned int), compare_tree_data, &is_duplicate);

        if (root == NULL) {
             // Schwerwiegender Fehler bei der Speicherallokation innerhalb von addToTree
            clearTree(root);
            free(numbers);
            free(num_ptr); // Datenpointer freigeben, falls Fehler vor der Kopie auftrat
            return NULL;
        }

        if (is_duplicate == 0) {
            // Erfolg: Zahl war neu und wurde eingefügt (die Datenkopie liegt nun im Baum)
            numbers[count] = random_num;
            count++;

            // value_to_duplicate merken
            value_to_duplicate = random_num;

            // Den lokalen num_ptr NICHT freigeben, da seine Kopie im Baum verwaltet wird.
        } else {
            // Fehler: Duplikat, wurde NICHT eingefügt.
            // Den lokal allokierten Pointer MÜSSEN wir freigeben, da er nicht in den Baum ging.
            free(num_ptr);
        }
    }

    // 4. Duplizieren eines Eintrags
    // Der duplizierte Wert wird an die letzte Stelle gesetzt.
    if (len > 1) {
        // Wir verwenden value_to_duplicate, um sicherzustellen, dass die Zahl aus dem Array stammt.
        // Wenn len sehr groß ist, wird einfach eine zufällige Zahl aus dem gefüllten Bereich gewählt.
        if (value_to_duplicate == 0) {
             value_to_duplicate = numbers[rand() % (len - 1)];
        }
        numbers[len - 1] = value_to_duplicate;
    }


    // 5. Speicher des Baumes freigeben
    // clearTree gibt alle Knoten und die darin enthaltenen Datenkopien frei.
    clearTree(root);

    // 6. Mischen (Shuffling) des Arrays, um die Ordnung zu randomisieren
    for (unsigned int i = len - 1; i > 0; i--) {
        unsigned int j = rand() % (i + 1);
        unsigned int temp = numbers[i];
        numbers[i] = numbers[j];
        numbers[j] = temp;
    }

    return numbers;
}
// Returns only the only number in numbers which is present twice. Returns zero on errors.
/* * Sortiert das Array und erkennt das Duplikat durch Vergleich benachbarter Elemente.
 * (O(N log N) wegen qsort)
 */
unsigned int getDuplicate(const unsigned int numbers[], unsigned int len) {
    if (len < 2) {
        return 0; // Fehler
    }

    // 1. Array duplizieren, da das Original const ist und sortiert werden muss
    unsigned int *sorted_numbers = (unsigned int *)malloc(len * sizeof(unsigned int));
    if (sorted_numbers == NULL) {
        return 0;
    }
    memcpy(sorted_numbers, numbers, len * sizeof(unsigned int));

    // 2. Sortieren des Arrays
    qsort(sorted_numbers, len, sizeof(unsigned int), compare_unsigned_int);

    // 3. Erkennen der doppelten Zahl durch Vergleich benachbarter Elemente
    unsigned int duplicate = 0;
    for (unsigned int i = 0; i < len - 1; i++) {
        if (sorted_numbers[i] == sorted_numbers[i+1]) {
            duplicate = sorted_numbers[i];
            break;
        }
    }

    free(sorted_numbers);

    // 4. Ergebnis zurückgeben
    return duplicate;
}