#include <stdio.h>
#include "mpi.h"
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <ctime>

#define N 64
#define M 8
#define CYCLE_LENGTH 10000

using namespace std;

int main(int argc, char **argv)
{
    // Объявление переменных
    int rank, size;
    double time, time1, time2;

    float S1 = 1, S2 = 2;
    float **A = new float* [N], **B = new float* [N], **C = new float* [N], **Y = new float* [N];

    for (int i = 0; i < N; i++) {
        A[i] = new float [M];
        B[i] = new float [M];
        C[i] = new float [M];
        Y[i] = new float [M];
    }

    MPI_Status status;                       // Переменная-структура, в которую будут сохраняться                                                                  параметры принимаемых сообщений с данными

    MPI_Init(&argc, &argv);                  // Инициализация MPI
    MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &rank);    // Получение номера процесса
    MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &size);    // Получения количества процессов

    cout << "Rank: " << rank << ", Size: " << size << endl;

    // Работа с нулевым процессом
    if (rank == 0)
    {
        // Инициализация массивов
        srand(1);
        for (int i = 0; i < N; i++)
            for (int j = 0; j < M; j++) {
                A[i][j] = float(1 + rand() % 10);
                B[i][j] = float(10 + rand() % 100);
                C[i][j] = float(100 + rand() % 1000);
            }

        // Фиксирование времени начала работы
        time1 = MPI_Wtime();

        // Цикл кратности
        for (int cycle = 0; cycle < CYCLE_LENGTH; cycle++)
        {
            // Рассылка значений массивов A и C другим процессам
            for (int i = 1; i < size; i++)
                for (int j = 0; j < M; j++) {
                    MPI_Send(&A[(int)i*N / size][j], (int)(N * M) / size, MPI_DOUBLE, i, 0, MPI_COMM_WORLD);
                }

            // Вычисление формулы
            for (int i = 0; i < N / size; i++)
                for (int j = 0; j < M; j++)
                {
                    Y[i][j] = (A[i][j] + S1 * B[i][j]) * C[i][j] + S2;
                }

            // Сбор результатов вычислений в массив Y от других процеcсов
            for (int i = 1; i < size; i++)
                for (int j = 0; j < M; j++)
                    MPI_Recv(&Y[(int)i*N / size][j], (int)(N * M)  / size, MPI_DOUBLE, i, 0, MPI_COMM_WORLD, &status);
        }

        // Фиксирование времени окончания работы и вычисление
        // общего времени вычисления нулевого процессора
        time2 = MPI_Wtime();
        time = time2 - time1;

        // Вывод результатов и времени вычисления
        cout << endl <<"Array Y[" << N << "][" << M << "]: " << endl;
        for (int i = 0; i < N / size; i++)
            for (int j = 0; j < M; j++)
            {
                cout << Y[i][j] << " ";
            }

        cout << endl << endl << "Time: " << time << endl;
    }
    else // Работа с другими процессами
    {
        srand(2);
        for (int i = 0; i < N; i++)
            for (int j = 0; j < M; j++) {
                B[i][j] = float(10 + rand() % 100);
                C[i][j] = float(100 + rand() % 1000);
            }

        // Получение значений массивов A B и C от нулевого процесса
        for (int cycle = 0; cycle < CYCLE_LENGTH; cycle++)
        {
            for (int j = 0; j < M; j++) {
                MPI_Recv(&A[(int)rank*N / size][j], (int)(N * M)  / size, MPI_DOUBLE, 0, 0, MPI_COMM_WORLD, &status);
            }

            // Вычисление формулы
            for (int i = rank * N / size; i < (rank + 1) * N / size; i++)
                for (int j = 0; j < M; j++)
                {
                    Y[i][j] = (A[i][j] + S1 * B[i][j]) * C[i][j] + S2;
                }

            // Передача результатов нулевому процессу
            for (int j = 0; j < M; j++)
                MPI_Send(&Y[(int)rank*N / size][j], (int)(N * M)  / size, MPI_DOUBLE, 0, 0, MPI_COMM_WORLD);
        }
    }


    for (int i = 0; i < N; i++) {
        delete []A[i];
        delete []B[i];
        delete []C[i];
        delete []Y[i];
    }

    // Завершение работы MPI
    MPI_Finalize();
}