Doble-Spiel/numbers.c

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



//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. */

// **********************************************
// HILFSFUNKTION FÜR DEN BINÄRBAUM (und später qsort)
// **********************************************
/**
 * Vergleicht zwei unsigned int Werte.
 * Wird als CompareFctType für den Binärbaum benötigt.
 * Rückgabe: < 0 wenn *num1 < *num2, > 0 wenn *num1 > *num2, 0 wenn gleich.
 */
// Implementierung für unsigned int
int compareNumbers(const void *arg1, const void *arg2)
{
  // Die void-Pointer auf unsigned int Pointer casten
  const unsigned int *num1 = (const unsigned int *)arg1;
  const unsigned int *num2 = (const unsigned int *)arg2;

  // Werte dereferenzieren und vergleichen
  if (*num1 < *num2) return -1;
  if (*num1 > *num2) return 1;
  return 0;
}

// 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.
unsigned int *createNumbers(unsigned int len)
{
  srand(time(NULL));

  // Sicherheitscheck für len (Minimum 3, siehe main.c)
  if (len < 3) return NULL;

  // Allokiere Speicher für 'len' unsigned int
  unsigned int *numbers = (unsigned int *)malloc(len * sizeof(unsigned int));

  if (numbers == NULL)
  {
    // Speicher konnte nicht reserviert werden
    return NULL;
  }

  // 2. Binären Suchbaum initialisieren
    TreeNode *treeRoot = NULL;

    // Variablen für Schleife und Zufallszahl
    unsigned int randomNumber;
    int isDuplicate; // Flag für addToTree

    // Die Schleife läuft nur bis len - 1, da die letzte Zahl das Duplikat wird
    for (unsigned int i = 0; i < len - 1; i++)
    {
        do
        {
            // 3a. Zufallszahl generieren [1, 2 * len]
            // Formel: (rand() % (Obergrenze - Untergrenze + 1)) + Untergrenze
            randomNumber = (rand() % (2 * len)) + 1;

            // 3b. Zahl in den Binärbaum einfügen (und Duplikat prüfen)
            // addToTree gibt treeRoot zurück, das wird für die nächste Iteration gespeichert.
            // isDuplicate wird auf 1 gesetzt, wenn die Zahl schon existiert.
            treeRoot = addToTree(
                treeRoot,
                &randomNumber,
                sizeof(unsigned int),
                compareNumbers,
                &isDuplicate
            );

            // Fehlerprüfung: Konnte addToTree Speicher allokieren?
            if (treeRoot == NULL) {
                // Konnte ersten Knoten nicht erstellen, breche ab und gib Speicher frei
                free(numbers);
                return NULL;
            }

        } while (isDuplicate); // Solange eine Duplikat-Nummer generiert wurde, wiederhole.

        // 4. Eindeutige Zahl im Array speichern
        numbers[i] = randomNumber;
    }

    // 5. Duplikat erzeugen (letzter Eintrag des Arrays)

    // Wähle einen zufälligen Index der bereits gefüllten eindeutigen Zahlen [0, len - 2]
    // Wir wählen aus den len-1 bereits gefüllten Einträgen.
    unsigned int duplicateIndex = rand() % (len - 1);

    // Kopiere den Wert des zufälligen Index auf das letzte Element
    numbers[len - 1] = numbers[duplicateIndex];

    // 6. Aufräumen: Speicher des Binärbaums freigeben (sehr wichtig!)
    // Voraussetzung: clearTree ist in bintree.c implementiert.
    clearTree(treeRoot);

    return numbers;
}

// Returns only the only number in numbers which is present twice. Returns zero on errors.
unsigned int getDuplicate(const unsigned int numbers[], unsigned int len)
{
    unsigned int duplicate = 0; // Rückgabewert (0 bei Fehler)

    // 1. Array-Kopie auf dem Heap erstellen (muss mit free freigegeben werden!)
    unsigned int sizeInBytes = len * sizeof(unsigned int);
    unsigned int *tempArray = (unsigned int *)malloc(sizeInBytes);

    if (tempArray == NULL) {
        return 0; // Speicherfehler
    }

    // Daten kopieren
    memcpy(tempArray, numbers, sizeInBytes);

    // 2. Sortieren der Kopie mit qsort (siehe Skript 14_effiziente_sortieralgorithmen.pdf)
    // qsort hat eine durchschnittliche Komplexität von O(n log n) [cite: 261]
    qsort(tempArray, len, sizeof(unsigned int), compareNumbers);

    // 3. Duplikat finden durch Vergleich benachbarter Elemente
    for (unsigned int i = 0; i < len - 1; i++)
    {
        // Vergleiche Element i mit Element i+1
        if (tempArray[i] == tempArray[i + 1])
        {
            duplicate = tempArray[i];
            break; // Duplikat gefunden, Schleife beenden
        }
    }

    // 4. Speicher freigeben!
    free(tempArray);

    return duplicate;
}