#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define N		4		/* Taille du cube */
#define Taille 	N*N*N	/* Nombre de petits cubes */
//#define Nb_sit	1		/* Nombre de situations de départ : pour 2, une seule */
#define Nb_sit	6		/* Nombre de situations de départ : pour 3 et 4, il y en a 3 */
						/* Pour le cube d'ismael : 6 */
#define D 		3 		/* On travaille en 3 dimensions */
						/* NB : pas adapté à faire autre chose que 3 dimensions ! 
						Ou en tous cas pas sans un peu de boulot */
#define STOP 		0 		/* STOP : est-ce qu'on s'arrête après avoir trouvé une solution.
						Quand STOP vaut 0, il teste tout ! */

#define V 		0	 	/* Mode verbeux (attention les zyeux) */

/* Pour changer la taille : changer N, changer la séquence des longueurs (en dessous),
et changer l'initialisation (voir le main) */

// nombre de situations testées 
static int nb_tests = 0 ;

/* La séquence des longueurs : spécifique au cube */
/* N = 3 */
//int sequence[Taille] =
//{ 3, 0, 0, 1, 1, 2, 0, 1, 2, 0, 1, 1, 2, 0, 2, 0, 1, 1, 1, 2, 0, 2, 0, 2, 0, 2, 0 } ;


/* N = 2 */
/*int sequence[N*N*N] =
{ 2, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1} ;
*/
/* N = 4 */

/*
int sequence[Taille] = 
{
4, 0, 0, 0, 1, 1, 3, 0, 0, 3, 0, 0, 1, 2, 0, 2, 0, 1, 1, 1, 1, 3, 0, 0, 3, 0, 0, 1, 1, 1, 2, 0,
1, 3, 0, 0, 1, 3, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 0, 2, 0, 1, 3, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 0
} ;
*/

// Cube d'Ismael

int sequence[Taille] =
{
3, 0, 0, 1, 2, 0, 1, 1, 3, 0, 0, 1, 2, 0, 1, 2, 0, 1, 2, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 
2, 0, 2, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 0, 3, 0, 0, 1, 1, 1, 3, 0, 0, 1, 2, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1,
3, 0, 0, 1
} ;


/* La liste des orientations possibles */
int orientations[2*D][D] = 
{
{0, 0, 1},  {0, 0, -1}, { 0, 1, 0},  {0, -1, 0},
{1, 0, 0},  {-1, 0, 0}
} ;




/*** Structure ***/


typedef struct Situation {
	int Cube[N][N][N] ;	/* Le cube, rempli d'entiers */
	int X ;			/* Coord du dernier cube qu'on y a mis */
	int Y ;
	int Z ;
	int Orientation[D] ; 	/* L'orientation du dernier cube : par ex (0, +1, 0) */
	int Num ; 		/* Le numéro du dernier cube qu'on y a mis */
} t_sit ;

int taillesituation=sizeof(struct Situation) ;


/*********************************************/
/*** Affichage ***/

/* Affichage du cube */
void affiche_cube(int (*cube)[N][N][N])
{
	int i, j, k ;
	for(k=0;k<N; k++)
	{
		printf("*** z=%i :\n", k) ;
		for(j=0;j<N;j++)
		{
			for(i=0;i<N; i++)
				printf("%i\t", (*cube)[i][j][k]) ;
			printf("\n") ;
		}
		//printf("\n") ;
	}
}

/* Affichage d'une situation */
void affiche_situation(t_sit* situation)
{
	printf("-> Cube : \n") ;
	affiche_cube(&situation->Cube) ;
	printf("-> Coordonnées du dernier cube : %i, %i, %i\n", situation->X, situation->Y, situation->Z) ;
	printf("-> Numéro du dernier cube : %i\n", situation->Num) ;
	printf("-> Orientation : %i, %i, %i\n", 
		situation->Orientation[0], situation->Orientation[1], situation->Orientation[2]) ;

	return ;
}

/********************************************/
/*** Fonctions d'initialisation diverses ***/

/* Vérifie que la séquence a la bonne taille */
int verif_sequence(int* seq)
{
	int somme=0 ;
	int i ;

	for(i=0; i<Taille; i++)
	{
		somme+=sequence[i] ;
	}
	// test de la taille
	if(somme != Taille)
	{
		printf("verif_seq : somme = %i, Taille = %i\n", somme, Taille) ;
		return 0 ;
	}

	//test des zéros bien placés
	int j ;
	j=0 ;
	for(i=0; i<Taille; i++)
	{	
		if(seq[i] !=0)
		{
			if(j !=0) //raté
			{	
				printf("verif_seq : j=%i, i=%i, seq[%i] = %i\n", j, i, i, seq[i]) ;
				return 0 ;
			}
			j=seq[i] ;
		}
		j-- ;
	}
	return 1 ;
}

/* Prépare une situation initialisée */
t_sit * initialise_sit()
{
	int i, j, k ;

	t_sit * situation ;
	situation = malloc(taillesituation) ;

	//  le cube 
	for(i=0; i<N; i++)
	for(j=0; j<N; j++)
	for(k=0; k<N; k++)
		situation->Cube[i][j][k] = 0 ;

	// l'orientation : rien pour le moment
	for(i=0; i<D; i++)
	{
		situation->Orientation[i] = 0 ;
	}
	// le reste
	situation->X = 0 ;
	situation->Y = 0 ;
	situation->Z = 0 ;
	situation->Num = 0 ;	
	
	return situation ;

}


/* Effectue une copie de la situation. */
void copie_sit(t_sit *originale, t_sit *nouvelle) 
{
	int i, j, k ;
	// copie du cube 
	for(i=0; i<N; i++)
	for(j=0; j<N; j++)
	for(k=0; k<N; k++)
		nouvelle->Cube[i][j][k] = originale->Cube[i][j][k] ;
	
	// copie de l'orientation
	for(i=0; i<D; i++)
	{
		nouvelle->Orientation[i] = originale->Orientation[i] ;
	}
	// copie du reste
	nouvelle->X = originale->X ;
	nouvelle->Y = originale->Y ;
	nouvelle->Z = originale->Z ;

	nouvelle->Num = originale->Num ;

	return;
}



/* Prépare une situation de départ : on donne un point de départ du cube et l'orientation, 
et la fonction "place" la première séquence dans le cube */
/* depart est censée être une situation déjà initialisée */
int prepare(t_sit * depart, int x, int y, int z, int* orientation)
{
	int longueur, i, xp, yp, zp ;

	// la longueur de la première séquence
	longueur = sequence[0] ;

	if(V)
		printf("Initialisation : longueur de la première séquence : %i\n", longueur) ;

	// coordonnées du cube à mettre
	xp = x ;
	yp = y ;
	zp = z ;

	for(i=0; i<longueur; i++)
	{
		// coordonnées valides ? (pas hors du cube)
		if(hors_cube(xp, yp, zp) )
		{
			printf("Initialisation : les coord sont hors du cube ! Pas normal !\n") ;
			return 0 ;
		}
		depart->Cube[xp][yp][zp] = i+1 ;
		if(i != longueur -1)
		{
			xp += orientation[0] ;
			yp += orientation[1] ;
			zp += orientation[2] ;
		}
	}
	if(V)
		printf("Initialisation : cubes placés\n") ;

	depart->Num = longueur ;
	// copie de l'orientation
	for(i=0; i<D; i++)
		depart->Orientation[i] = orientation[i] ;

	// la position du dernier cube
	depart->X = xp ;
	depart->Y = yp ;
	depart->Z = zp ;

	return 1 ;
}

/***********************************************/
/*** Manipulation du cube ***/

// Est-ce que les coordonnées sont hors du cube ?
int hors_cube(int x, int y, int z)
{
	return (x<0 || x>=N || y<0 || y>=N || z<0 || z>=N) ;
}

// Vérifie que deux orientations sont compatibles, ie si elles sont bien différentes (sans compter le sens)
// ex : (1, 0, 0) et (0, -1, 0) ok, mais pas (1, 0, 0) et (-1, 0, 0)
int valide_orientations(int* orient1, int* orient2)
{
	return (abs(orient1[0]) != abs(orient2[0]) 
		|| abs(orient1[1]) != abs(orient2[1]) 
		|| abs(orient1[2]) != abs(orient2[2]) ) ; 
}


/* teste de placer les cubes suivants selon l'orientation donnée */
/* Renvoie une situation t_sit. Si ça plante, on renvoie la situation, mais avec Num=-1 */
t_sit * tester_cas(t_sit * situation, int * nouvelle_orientation)
{
	int i, longueur ;
	int x, y, z, num ;

	// incrémentation du nombre de tests
	nb_tests++ ;

	// copie de la situation actuelle
	t_sit *situation2 ;
	situation2 = malloc(taillesituation) ;
	copie_sit(situation, situation2) ;

	if(V)
	{
		printf("Tester_cas : situation actuelle : \n") ;
		affiche_situation(situation) ;
		printf("-----\n") ;

	}
	// quelle est la longueur de la prochaine séquence ?
	longueur = sequence[situation->Num] ;
	
	if(V)
		printf("Tester_cas : longueur de la séquence à appliquer : %i\n", longueur) ;
	if(longueur ==0)
	{
		printf("Tester_cas : problème >_< : la séquence à appliquer est de longueur nulle...\n") ;
		printf("Situation obtenue :\n") ;
		affiche_situation(situation) ;
	}

	x = situation2->X ;
	y = situation2->Y ;
	z = situation2->Z ;
	num = situation2->Num ;

	for(i=0; i<longueur; i++)
	{
		// calculer les nouvelles coordonnées
		x += nouvelle_orientation[0] ;
		y += nouvelle_orientation[1] ;
		z += nouvelle_orientation[2] ;

		if(hors_cube(x,y,z) || situation2->Cube[x][y][z]>0)
		{
			if(V)
			{
				printf("Tester_cas %i : l'orientation (%i, %i, %i) ne marche pas\n", i, 
					nouvelle_orientation[0], nouvelle_orientation[1], nouvelle_orientation[2]) ;
				printf("Nouvelles coordonnées : %i, %i, %i\n", x, y, z) ; 
			}
			situation2->Num = -1 ;
			return situation2 ;		
		}
		// c'est bon !
		if(V)
			printf("Tester_cas %i : l'orientation (%i, %i, %i) marche\n", i, 
					nouvelle_orientation[0], nouvelle_orientation[1], nouvelle_orientation[2]) ;
		num++ ; // il ne faut pas oublier que num commence à 0
		situation2->Cube[x][y][z] = num ;

	}
	
	if(V)
		printf("Tester_cas : tout bon\n") ;

	// tout a été bon jusque là, on remet dans la structure
	situation2->X = x ;
	situation2->Y = y ;
	situation2->Z = z ;
	situation2->Num = num ;

	// copier la nouvelle orientation
	for(i=0; i<D; i++)
		situation2->Orientation[i] = nouvelle_orientation[i] ;

	if(V)
	{
		printf("Nouvelle situation : \n") ;
		affiche_situation(situation2) ;
		printf("-----\n") ;
	}

	return situation2 ;
}

/********** La résolution **********/


int resoudre(t_sit * situation)
{
	int i ;
	int reussi ;
	t_sit *retour ;

	// si on est arrivé à la fin de la séquence 
	if(situation->Num == Taille)	
	{
		printf("Solution trouvée, youhouuuu \\o/\n\n") ;
		affiche_cube(&(situation->Cube)) ;
		printf("--------------\n") ;
		printf("Nombre de cas testés jusque là : %i\n",nb_tests) ;
		if(STOP)
			return 1 ;
		else
			return 0 ;
	}

	for(i=0; i<6; i++)
	{
		// est-ce que cette orientation est valide ?
		if(valide_orientations(situation->Orientation, orientations[i]))
		{
			if(V)
				printf("Test de l'orientation : %i, %i, %i\n", 
					orientations[i][0], orientations[i][1], orientations[i][2]) ;

			// tester ce cas précis
			retour = tester_cas(situation, orientations[i]) ;
			if(retour->Num ==-1)
			{
				if(V)
					printf("Test échoué ! On passe à la suite\n") ;		
			}
			else
			{
				// on récurre
				reussi = resoudre(retour) ;
				if(reussi)
					return 1 ;
				// si pas réussi, il faut tester d'autres orientations !
				
			}
			// libérer la situation qu'on a testée
			free(retour) ;
		}
	}
	if(V)
		printf("Toutes les orientations sont testées.\n") ;
	return 0 ;
}



/****************************************************/

int main(argc, argv)
{
	int i ;
	
	if(!verif_sequence(sequence))
	{
		printf("La séquence des cubes n'est pas valide, c'est mal barré !\n") ;
		return 1 ;
	}

	// Créer les situations de départ

	/* Situations de départ */
	t_sit * situations_depart[Nb_sit] ;
	
	for(i=0; i<Nb_sit; i++)
	{
		situations_depart[i] = initialise_sit() ;
	}


	int orX[D] = {1,0,0} ;
	/* Spécifique à la taille N donnée */
	/* N = 3 */
/*
	prepare(situations_depart[0], 0, 0, 0, orX) ;
	prepare(situations_depart[1], 0, 1, 0, orX) ;
	prepare(situations_depart[2], 0, 1, 1, orX) ;
*/
	/* N = 2 */
//	prepare(situations_depart[0], 0, 0, 0, orX) ;	

	/* N= 4, cube d'ismael */
	prepare(situations_depart[0], 0, 0, 0, orX) ;
	prepare(situations_depart[1], 0, 1, 0, orX) ;
	prepare(situations_depart[2], 0, 1, 1, orX) ;

	prepare(situations_depart[3], 1, 0, 0, orX) ;
	prepare(situations_depart[4], 1, 1, 0, orX) ;
	prepare(situations_depart[5], 1, 1, 1, orX) ;


	
	/* Fin spécifique taille N donnée */

	if(V)
	{	
		for(i=0; i<Nb_sit; i++)
		{
			printf("-- Situation de départ %i --\n", i) ;
			affiche_situation(situations_depart[i]) ;
		}
		printf("----------\n") ;
	}
	/* Et c'est partiiiii i*/

	for(i=0; i<Nb_sit; i++)
	{
		if(V)
			printf("---------\nTest de la situation de départ %i\n-----------\n",i) ;
		resoudre(situations_depart[i]) ;
	
	}
	printf("Nombre de cas testés au total : %i\n",nb_tests) ;
	return 0 ;
}