#include <inttypes.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

// Comme uint64_t est un peu pénible à taper, on utilise
// un typedef :
typedef uint64_t ui;

#define HEAP_SIZE 32

ui heap[HEAP_SIZE];

// Cette fonction convertit un pointeur (qui doit être issu de
// malloc_ui) en un indice dans le tableau heap.
// Vous en aurez besoin pour écrire les différentes versions
// de free_ui (juste un appel au début, ensuite on ne manipule plus
// que des indices), mais il est complètement normal de ne pas
// comprendre comment elle fonctionne : c'est de l'arithmétique des
// pointeurs, qui est hors programme.
ui heap_index(ui *p) { return p - heap; }

// Cette fonction initialise le tas à une valeur particulière, que
// vous avez peu de chance d'utiliser par hasard. Cela nous
// permettra en pratique de repérer les cases dont la valeur n'a
// jamais été modifiée quand on affiche le contenu du tas.
// Elle est destinée à être appelée une unique fois, tout au début
// de l'exécution du programme.
void pre_initialize_heap(void) {
    for (ui i = 0; i < HEAP_SIZE; i++) {
        heap[i] = 0xFFFFFFFF;
    }
}

// La fonction suivante affiche le contenu du tas. Les cases
// identifiées comme n'ayant jamais été modifiées sont affichées
// de manière particulière.
void print_heap(void) {
    for (ui i = 0; i < HEAP_SIZE; i++) {
        ui x = heap[i];
        if (x == 0xFFFFFFFF) {
            printf("... ");
        } else {
            printf("%3" PRIu64 " ", x);
        }
    }
    printf("\n");
}

void set_memory(ui *p, ui size, ui value) {
    for (ui i = 0; i < size; i++) {
        p[i] = value;
    }
}

const uint64_t prologue = 2;

bool is_free(uint64_t i) { return heap[i - 1] % 2 == 0; }

uint64_t read_size(uint64_t i) { return heap[i - 1] - (heap[i - 1] & 0b1); }

void set_free(uint64_t i, uint64_t size) {
    size += ((size & 0b1) << 1);
    heap[i - 1] = size - (size & 0b1);
    heap[i + size] = size - (size & 0b1);
}

void set_used(uint64_t i, uint64_t size) {
    size += ((size & 0b1) << 1);
    heap[i - 1] = size | 0b1;
    heap[i + size] = size | 0b1;
}

// À ne pas appeler sur l'épilogue
uint64_t next(uint64_t i) { return i + read_size(i) + 2; }

// À ne pas appeler sur le prologue
uint64_t previous(uint64_t i) {
    return i - (heap[i - 2] - (heap[i - 2] % 2)) - 2;
}

void init_heap(void) {
    heap[0] = 4;
    heap[1] = 1;
    heap[2] = 1;
    heap[3] = 1;
    heap[4] = 1;
}

// Complexité : O(n)
uint64_t *malloc_ui64(uint64_t size) {
    if (size == 0) {
        return NULL;
    }
    size += ((size & 0b1) << 1) - (size & 0b1);
    ui i = 2;
    while (i < heap[0]) {
        ui rs = read_size(i);
        if (is_free(i) && rs >= size) {
            set_used(i, size);
            if (rs >= size + 2) {
                set_free(i + size + 2, rs - size - 2);
            }
            return &heap[i];
        } else {
            i = next(i);
        }
    }
    if (i + size + 2 >= HEAP_SIZE) {
        return NULL;
    } else {
        set_used(i, size);
        set_used(i + size + 2, 0);
        heap[0] = i + size + 2;
        return &heap[i];
    }
}

// Complexité : O(1)
void free_ui64(uint64_t *p) {
    uint64_t i = heap_index(p);
    ui size = read_size(i);
    ui pre = previous(i);
    ui nex = next(i);
    if (is_free(pre)) {
        i = pre;
        size += read_size(pre) + 2;
    }
    if (is_free(nex)) {
        size += read_size(nex) + 2;
    }
    if (nex == heap[0]) {
        set_used(i, 0);
        heap[0] = i;
    } else {
        set_free(i, size);
    }
}

// Q13 : Pour qu'une allocations future n'ai pas à additionner les capacités
// pour savoir si elle peut allouer une grosse zone

// Q14 : first fit est plus efficace en temps, best fit est plus efficace en
// espace.

int main(void) {

    pre_initialize_heap();

    // Pour tester, une fois que les fonctions sont implémentées
    init_heap();

    ui *p = malloc_ui64(8);
    set_memory(p, 8, 33);
    ui *q = malloc_ui64(2);
    set_memory(q, 2, 44);
    free_ui64(p);
    ui *r = malloc_ui64(7);
    set_memory(r, 7, 55);
    print_heap();
    free_ui64(r);
    free_ui64(q);

    uint64_t *p1 = malloc_ui64(6);
    uint64_t *p2 = malloc_ui64(7);
    uint64_t *p3 = malloc_ui64(1);
    set_memory(p1, 6, 42);
    set_memory(p2, 7, 52);
    set_memory(p3, 1, 62);
    print_heap();

    free_ui64(p2);
    print_heap();

    uint64_t *p4 = malloc_ui64(2);
    set_memory(p4, 2, 72);
    print_heap();

    free_ui64(p3);
    print_heap();

    return EXIT_SUCCESS;
}