/*
	chc.cpp
*/
#include <iostream>
using namespace std;

// .bmp ファイルのヘッダー　少し省略しています
typedef struct {
  char bfType[2];	// 'BM'
  int bfSize;		// ファイルサイズ、4 byte
  char bfReserved1[2];	// 常に 0
  char bfReserved2[2]; 
  int bfOffBits;	// ファイル先頭から画像データまでのオフセット
  int bcSize;		// ヘッダーサイズ
  int bcWidth;		// 画像の幅 (ピクセル)  
  int bcHeight;		// 画像の高さ (ピクセル)、負数なら画像データは上から下
  short int bcPlanes;	// プレーン数、常に 1
  short int bcBitCount;	// 1 画素あたりのデータサイズ (bit)、256 色ビットマップなら 8
  int biCompresson;	// 圧縮形式、0:無圧縮
  int biSizeImage;	// 画像データ部のサイズ (byte)
  int biPad[4];
} bmp_hdr;

int _a, _v;		// command line argument
unsigned char *p0;	// malloc() で確保したメモリーの先頭アドレス
int bsz = 600*600+1200;
bmp_hdr* q;

// カラーコード変換表
unsigned char c_code[] = { 0, 0xf8, 0xf7, 0xf9, 0xfa,
    0xfc, 0xfb, 0xfd, 0xfe, 0xff, 0x00 };  // オマケあり

// カラーバー画像の作成
int c_bar(unsigned char* s0, int sz) {
    unsigned char* d;
    unsigned char c;
    int i, j;	// i : 縦方向、j : 横方向
    float x;

    printf("c_bar: adress 0x%x, size %d\n", s0, sz);  // 描画領域
    // d = s0; printf(" %x %x %x\n", *(d-1), *d, *(d+1));
    i = 2 + 256 + 3;	// width
    j = 2 + 26 + 2;	// hight
    // q->bfSize = sizeof(bmp_hdr) + i * j;  // これは、うまくいかなかった
    q->bcWidth = i;
    q->bcHeight = j;
    // q->biSizeImage = i * j;		     // 同上
    for (i = 0; i < 26; i += 1) {
	d = s0 + 264*(i+2) + 2;		// 左下隅に XY 各 2 dot を開ける
	for (j = 0; j < 256; j += 1) {
	    x = j / 256.0;		// 注： 0 <= x < 1.0、そのような関数を使う予定なので
	    c = (10.0 * x);		// 0 <= c < 10
	    *d++ = c_code[c];		// カラーコードに変換
	    /*
	    if (i == 0 && c != prc) {	// カラーコード変換範囲の確認
		printf("%3d: x = %f, c %02x, c_code[c] %02x\n", j, x, c, c_code[c]);
		prc = c;
	    }
	    */
	}
	*d = (i/2 & 1) ? 0xff : 0;  // 白・黒、縦の点線
    }
    return 0;
}

// 描画　計算式： x = i * j / 262144 
int chc1(unsigned char* s0) {
    unsigned char* d;
    unsigned char c;
    int i, j;
    float x;

    for (i = 0; i < 512; i += 1) {
	d = s0 + 600*(i+2) + 2;		// 左下隅に XY 各 2 dot を開ける　600 は bmp 画像の横幅
	for (j = 0; j < 512; j += 1) {
	    x = ((float)i * (float)j) / (512.0*512.0);  // 注： 0 <= x < 1.0
	    c = (10.0 * x);		// 0 <= c < 10
	    *d++ = c_code[c];		// 変換表を使います
	}
	*d = (i/4 & 1) ? 0 : 0xff;	// 白・黒、縦の点線
    }
    // オマケの 256 全色カラーバー 
    for (i = 514; i < 524; i += 1) {
	d = s0 + 600*(i+2) + 2;
	for (j = 0; j < 256; j += 1) {
	    c = (unsigned char)((j == 10) ? 9 : j);  // 0x0a を描くと、妙なことが起こります
	    *d++ = c;
	    *d++ = c;
	}
	*d = (i/2 & 1) ? 0 : 0xff;  // 白・黒、縦の点線
    }
    return 0;
}

float b0[512], b1[512];	// 画像の、行データ（横方向）

// 朱に交われば赤くなる（argv: "chc 2" と "chc 3" では初期値が違うだけ）
upd_b0(int n) {
    float m = 0.5;	// 両隣の影響係数
    float md = 1/(2*m + 1);
    int j, k;

    for (k = 0; k < n; k++) {		// 一回では変化が僅かなので、何回もくりかえす
	for (j = 1; j < 512-1; j++)	// j の範囲に注意　結果は一時 b1[] に置く
	    b1[j] = md*(m*b0[j-1] + b0[j] + m*b0[j+1]);
	for (j = 1; j < 512-1; j++)
	    b0[j] = b1[j];		// b0[] 全体を更新
    }
    return 0;
}

// いいかげんな拡散シミュレーション（一次元世界）
int chc2(unsigned char* s0, int f) { // 初期値 f == 0 なら _-_ 型、f == 1 なら ∧ 型
    unsigned char* d;
    unsigned char c;
    int i, j;
    float x;

    q->bcWidth = 2+512+2;
    q->bcHeight = 2+512+2;
    for (i = 0; i < 512; i += 1) {
	d = s0 + 516*(i+2) + 2;		// 左下隅に XY 各 2 dot 開ける
	for (j = 0; j < 512; j += 1) {
	    if (i == 0) {		// 最下行の初期化
		if (f) { 
		    x = j/512.0;	// 0 <= x < 1
		    x = (1.0-1e-3)*((x < 0.5) ? 2.0*x : 2.0-2.0*x); // 最初の係数は ∧ のピーク値
 		} else
		    x = (j > 256-52 && j < 256+52) ? (1.0-1e-3) : 0; // 黒白黒のライン
		b0[j] = x;		// b0[j] の初期化
		c = (10.0*x);		// 0 <= c < 10
		*d++ = c_code[c];	// 初期値も描画しておく
	    } else {
		c = 10.0*b0[j];		// b0[] から変換して描画領域に
		*d++ = c_code[c];
	    }
	}
	// *d = (i % 4) ? 0 : 0xff;	// 縦の点線
	upd_b0((f > 0) ? 140 : 80);	// 拡散の演算、b0[] 更新
    }
    printf("chc2(): b0[1..3] %f %f %f\n", b0[1], b0[2], b0[3]);  // 最終行の左端の値確認
    return 0;
}

// 円形の描画領域
int chc4(unsigned char* s0) {
    unsigned char* d;
    unsigned char c;
    float ox = 256, oy = 256;  // 円の中心座標
    float xd, xe, xf;
    int i, j;

    q->bcWidth = 2+512+2;
    q->bcHeight = 2+512+2;
    for (i = 0; i < 512; i += 1) {
	d = s0 + 516*(i+2) + 2;		// 左下隅に XY 各 2 dot 開ける
	for (j = 0; j < 512; j += 1) {
	    xd = pow(ox-i, 2);
	    xe = pow(oy-j, 2);
	    xf = pow(xd+xe, 0.5);	// (ox, oy) からの距離
	    if (xf < 240.0) {		// 円内か否かの判定
		c = (10.0-1e-3) - xf/24.0;
		*d++ = c_code[c];
	    } else
		d += 1;
	}
	// *d = 0x0;
    }
    d = s0 + 600*(i+2) + 2;
    for (j = 0; j < 512; j += 1)
	*d++ = 0x0;
    return 0;
}

// ２点間の距離の計算
float dist2(int ox, int oy, int i, int j) {
    float xd, xe, xf;

    xd = pow(ox - i, 2);
    xe = pow(oy - j, 2);
    xf = pow(xd + xe, 0.5);	// (ox, oy) からの距離
    return xf;
}

// 双子山の等高線図　高さごとに色分け
int chc5(unsigned char* s0) {
    unsigned char* d;
    unsigned char c;
    int o1x = 512*(1/3.0), o1y = 512*(2/3.0);  // 円の中心座標
    int o2x = 512*(2/3.0), o2y = 512*(1/3.0);
    float df1, df2, x;
    int i, j;

    q->bcWidth = 2+512+2;
    q->bcHeight = 2+512+2;
    for (i = 0; i < 512; i += 1) {
	d = s0 + 516*(i+2) + 2;		// 左下隅に XY 各 2 dot 開ける
	for (j = 0; j < 512; j += 1) {
	    df1 = dist2(o1x, o1y, i, j);
	    df2 = dist2(o2x, o2y, i, j);
	    x = sqrt(df1 * df2);	// 幾何平均でございます
	    // if (i==256 && j==256) printf("x: %f\n", x);
	    if (x < 243.0) {		// 描画範囲内か否かの判定
		c = (10.0-1e-3) - (x/24.3);
		*d++ = c_code[c];
	    } else
		d += 1;
	}
    }
    return 0;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    FILE* fp;		// 入出力ファイルの FILE*
    size_t n;		// fread() などの戻り値
    unsigned char* s;

/*
    printf("char: %d\n", sizeof(char));
    printf("short: %d\n", sizeof(short));
    printf("int: %d\n", sizeof(int));
    printf("long: %d\n", sizeof(long));
    // printf("long long: %d\n", sizeof(long long));
    printf("float: %d\n", sizeof(float));
    printf("double: %d\n\n", sizeof(double));
*/

// コマンドライン アーギュメント の処理
    if (argc > 1) {
	if (sscanf(argv[1], "%x", &_v))  {
	    _a = 1;
	    printf("_a %d, _v %d\n", _a, _v);
	}
    } else {
	printf("No command argument\n");
	return 0;
    }

// malloc() 実行
    p0 = (unsigned char *)malloc(bsz);
    if (!p0) {
	printf("malloc() fail.\n");
	return -1;
    }
    printf("p0 0x%x, size %d\n", p0, bsz);

// 読み込み
    fp = fopen("white.bmp", "r");	// cf. small.bmp
    if (!fp) {
	printf("fopen(r) fail.\n");
	return -1;
    }
    n = fread(p0, sizeof(unsigned char), bsz, fp); // ホントは size を調べるべき
    printf("%d byte read.\n", n);
    if (n <= 0)
	return -1;
    fclose(fp);

// ファイル *.bmp のヘッダーを表示
    q = (bmp_hdr *)(p0-2);	// 謎の -2 です
    s = (unsigned char *)p0;
    printf("%c%c, ", *s, *(s+1));
    printf("fSize %d, offset 0x%x, width %d, height %d, planes %d, bit/px %d\n",
	q->bfSize, q->bfOffBits, q->bcWidth, q->bcHeight, q->bcPlanes, q->bcBitCount);
    printf("compr %d, imSize %d, biPad 0x%x 0x%x 0x%x 0x%x\n",
	q->biCompresson, q->biSizeImage, q->biPad[0], q->biPad[1], q->biPad[2], q->biPad[3]);
    if (q->biSizeImage < 600*600) {
	printf("'white.bmp' too small.\n");
	return -1;
    }  // ヘッダーの内容が妥当であるかのチェックは、だいぶ省略

// 出力ファイル open
    fp = fopen("chc.bmp", "w");
    if (!fp) {
	printf("fopen(w) fail.\n");
	return -1;
    }

// 描画
    if (_v == 0xc)
	c_bar(p0 + q->bfOffBits, q->biSizeImage);
    else if (_v == 1)
	chc1(p0 + q->bfOffBits);
    else if (_v == 2)
        chc2(p0 + q->bfOffBits, 0);  // f == 0 なら _-_ 型、f == 1 なら ∧ 型
    else if (_v == 3)
        chc2(p0 + q->bfOffBits, 1);
    else if (_v == 4)
        chc4(p0 + q->bfOffBits);
    else if (_v == 5)
	chc5(p0 + q->bfOffBits);

// ファイル書き込み
    n = fwrite(p0, sizeof(unsigned char), n, fp);
    printf("chc.bmp: %d byte written.\n", n);

// 終了
    fclose(fp);
    free(p0);
    system("mspaint chc.bmp");	// mspaint 実行
    return 0;
}