List + Set (broken)

using System;
using System.Collections;

class HelloWorld {
    static void Main() {
        Console.WriteLine("test list");
        test_list();
        Console.WriteLine("test set");
        test_set();
    }
    static void test_list() { /********** TEST LIST **********/
        //1
        Console.WriteLine("1 test");
        Console.WriteLine("Создайте пустой список S1. Добавьте элемент 1 в голову, добавьте элемент 10 в хвост. Выведите S1 на экран (используя функцию Print)");
        List<int> s1 = new List<int>();
        s1.push_front(1);
        s1.push(10);
        Console.Write("s1 = ");
        s1.Print();
        //2
        Console.WriteLine("2 test");
        Console.WriteLine("Создайте список S2 из 6 случайных чисел. Выведите список S2 на экран, используя потоковый вывод. Найдите в S2 max и min элемент. Отсортируйте S2.");
        List<int> s2 = new List<int>();
        Random rnd = new Random();
        for(int i = 0; i < 6; i++) {
            s2.push(rnd.Next() % 15);
        }
        Console.Write("s2 = ");
        s2.Print();
        // a[1] = 3;
        Console.WriteLine("min: "+ s2.min().getData()+ " max: "+ s2.max().getData());
        s2 = s2.mergesort();
        Console.Write("s2 = ");
        s2.Print();
        //3
        Console.WriteLine("3 test");
        Console.WriteLine("Найдите в S2 2-й элемент и выведите его на экран. Удалите 2-й элемент списка S2.");
        Console.WriteLine(s2[1].getData());
        s2.delete(1);
        Console.Write("s2 = ");
        s2.Print();
        //4
        Console.WriteLine("4 test");
        Console.WriteLine("Найдите в S2 6-й элемент (т.е. убедитесь, что в списке осталось меньше 6 элементов). Удалите элемент из хвоста S2.");
        Console.Write("s2[5] = ");
        Console.WriteLine(s2[5]);
        s2.pop();
        Console.Write("s2 = ");
        s2.Print();
        //5
        Console.WriteLine("5 test");
        Console.WriteLine("Создайте пустой список S3. Инициализируйте его значением S1. Проверьте равенство списков S1 и S3. Проверьте, есть ли в S3 элемент 15.");
        List<int> s3 = s1.clone();
        Console.Write("s3 = ");
        s3.Print();
        Console.Write("s3 == s1 ");
        Console.WriteLine(s3 == s1);
        Console.WriteLine("s3.find(15) == null ");
        Console.WriteLine(s3.find(15) == null);
        //6
        Console.WriteLine("6 test");
        Console.WriteLine("Удалите элемент из головы списка S3. Удалите из списка S3 элемент 10. Выведите S3 на экран. Проверьте S3 на пустоту.");
        s3.pop_front();
        s3.delete_value(10);
        Console.Write("s3 = ");
        s3.Print();
        Console.Write("s3.IsNull() ");
        Console.WriteLine(s3.IsNull());
        // 7
        Console.WriteLine("7 test");
        Console.WriteLine("Создайте последовательность из 6 случайных чисел, меньших 20. Превратите ее в список S4 и выведите его на экран. Проверьте, есть ли в S4 элемент 25. Добавьте элемент 25 четвертым в список.");
        List<int> s4 = new List<int>();
        for(int i = 0; i < 6; i++) {
            s4.push(rnd.Next() % 20);
        }
        Console.Write("s4 = ");
        s4.Print();
        Console.Write("s4.find(25) == null ");
        Console.WriteLine(s4.find(25) == null);
        s4.insert(25, 3);
        Console.Write("s4 = ");
        s4.Print();
        //8
        Console.WriteLine("8 test");
        Console.WriteLine("Создайте список S5, проинициализировав его при создании списком S2. Выведите S5 на экран. Проверьте, есть ли в S5 элемент 4 и если есть – удалите его, если нет – добавьте элемент 4 в хвост.");
        List<int> s5 = s2.clone();
        Console.Write("s5 = ");
        s5.Print();
        Console.Write("s5.find(4) == null ");
        Console.WriteLine(s5.find(4) == null);
        if (s5.find(4) != null) {
            s5.delete_value(4);
        }
        else {
            s5.push(4);
        }
        Console.Write("s5 = ");
        s5.Print();
        //9
        Console.WriteLine("9 test");
        Console.WriteLine("Измените S5, записав в него 4 числа: 11, 12, 13, 14 (числа вводятся с клавиатуры). Сравните S5 и S4.");
        s5.read_input();
        Console.Write("s5 = ");
        s5.Print();
        Console.Write("s5 == s4 ");
        Console.WriteLine(s5 == s4);
        //10
        Console.WriteLine("10 test");
        Console.WriteLine("Добавьте в хвост S5 список S4. Добавьте в голову S5 список S1.");
        Console.Write("s5 = ");
        s5.Print();
        s5 = s5 + s4;
        Console.Write("(s5 + s4) s5 = ");
        s5.Print();
        s5 = s1 + s5;
        Console.Write("(s1 + s5) s5 = ");
        s5.Print();
    }
    static void test_set() { /********** TEST SET **********/
        //1
        Console.WriteLine("1 test");
        Console.WriteLine("Создайте множество S1, из 10 случайных чисел. Выведите S1 на экран");
        Set<int> s1 = new Set<int>();
        Random rnd = new Random();
        int j = 0;
        while(j < 10) {
            int val = rnd.Next(20);
            if (s1.find(val) == null) {
                s1.push(val);
                j += 1;
            }
        }
        Console.Write("s1 = ");
        s1.Print();
        //2
        Console.WriteLine("2 test");
        Console.WriteLine("Создайте множество S2 и инициализируйте его (при создании) значением S1.  Выведите S2 на экран (используйте потоковый вывод). Проверьте равенство множеств S1  и  S2.");
        Set<int> s2 = new Set<int>(s1.clone());
        Console.Write("s2 = ");
        s2.Print();
        Console.Write("s1 == s2 ");
        Console.WriteLine(s1 == s2);
        //3
        Console.WriteLine("3 test");
        Console.WriteLine("Проверьте, есть ли в S1 элемент 5. Создайте множество S3, которое получается  удалением/добавлением из S1 элемента 5. Проверьте, что S1 и S3 – не равны.");
        Console.Write("s1.find(5) != null ");
        Console.WriteLine(s1.find(5) != null);
        Set<int> s3 = new Set<int>(s1.clone());
        if (s3.find(5) != null) {
            s3.delete_value(5);
        }
        else {
            s3.push(5);
        }
        Console.Write("s3 = ");
        s3.Print();
        Console.Write("s1 == s3 ");
        Console.WriteLine(s1 == s3);
        //4
        Console.WriteLine("4 test");
        Console.WriteLine("Создайте пустое множество S4. Проверьте его на пустоту.  Добавьте в S4 последовательно числа 5, 10, 15, 5.  Выведите S4 на экран.");
        Set<int> s4 = new Set<int>();
        Console.Write("s4.IsNull() ");
        Console.WriteLine(s4.IsNull());
        s4.push(5);
        s4.push(10);
        s4.push(15);
        s4.push(5);
        Console.Write("s4 = ");
        s4.Print();
        //5
        Console.WriteLine("5 test");
        Console.WriteLine("Создайте пустое множество S5.  Инициализируйте его множеством S4.  Проверьте, что во множестве S5 есть элемент 15 и удалите его. Выведите получившееся множество на экран.");
        Set<int> s5 = new Set<int>(s4);
        Console.Write("s5 = ");
        s4.Print();
        Console.Write("s5.find(15) != null ");
        Console.WriteLine(s5.find(15) != null);
        s5.delete_value(15);
        Console.WriteLine("15 deleted");
        Console.Write("s5 = ");
        s5.Print();
        //6
        Console.WriteLine("6 test");
        Console.WriteLine("Создайте список T, из 20 случайных чисел. Выведите T на экран. Создайте из T множество S6.  Выведите S6 на экран. Определите количество элементов в S6.");
        List<int> t = new List<int>();
        for(int i = 0; i < 20; i++) {
            t.push(rnd.Next() % 30);
        }
        Console.Write("t = ");
        t.Print();
        Set<int> s6 = new Set<int>(t);
        Console.Write("s6 = ");
        s6.Print();
        Console.Write("s6.len() = ");
        Console.WriteLine(s6.len());
        //7
        Console.WriteLine("7 test");
        Console.WriteLine("Найдите S7 – дополнение S6 до универсального. Найдите множество S8=S7∩S6.");
        Console.WriteLine("Будем считать, что множество состоит из 30 эелементов");
        Set<int> s7 = new Set<int>();
        for(int i = 0; i < 30; i++) {
            if (s6.find(i) == null) s7.push(i);
        }
        Console.Write("s7 = ");
        s7.Print();
        Set<int> s8 = Set<int>.intersection(s7, s6);
        Console.Write("s8 = ");
        s8.Print();
        //8
        Console.WriteLine("8 test");
        Console.WriteLine("Создайте множество \nS9={1,3,5,7,9,11,13,15,17,19,21,23,25,27,29}\n(используйте потоковый ввод).  Найдите V1 =S7 ∩ S9,  V2 = S7 ∪ S9,  V3 = S7 \\ S9.");
        Set<int> s9 = new Set<int>();
        s9.read_input();
        Console.Write("s9 = ");
        s9.Print();
        Set<int> v1 = Set<int>.intersection(s7, s9);
        Console.Write("v1 = ");
        v1.Print();
        Set<int> v2 = Set<int>.union(s7, s9);
        Console.Write("v2 = ");
        v2.Print();
        Set<int> v3 = Set<int>.difference(s7, s9);
        Console.Write("v3 = ");
        v3.Print();
        //9
        Console.WriteLine("9 test");
        Console.WriteLine("Измените V1, объединив его с V3. Сравните V1  с S7.");
        v1 = Set<int>.union(v1, v3);
        Console.Write("v1 = ");
        v1.Print();
        Console.Write("v1 == v7 ");
        Console.WriteLine(v1 == s7);
        //10
        Console.WriteLine("10 test");
        Console.WriteLine("Измените множество V2, заменив его разностью V2 и V3. Сравните V2  с  S9");
        v2 = Set<int>.difference(v2, v3);
        Console.Write("v2 = ");
        v2.Print();
        Console.Write("v2 == s9 ");
        Console.WriteLine(v2 == s9);
    }
}
class Node {
    protected int data;
    private Node next;
    public void nextSet(Node a) {
        next = a;
    }
    public Node nextGet() {
        return next;
    }
    public Node(int d) {
        data = d;
        nextSet(null);
    }
    public Node clone()
    {
        return new Node(data);
    }
    public Node setData(int newdata) {
        data = newdata;
    }
    public Node getData() {
        return data;
    }

}

class List {
    protected Node head;

    // Конструкторы
    public List(int d) {
        head = new Node(d);
    }
    public List(Node d) {
        head = d;
    }
    public List() {
        head = null;
    }

    public List clone() {
        if (head == null) return new List();
        List cl = new List(new Node(head.getData()));
        Node curr = head;
        Node curr2 = cl.head;
        while(curr.nextGet() != null) {
            curr = curr.nextGet();
            curr2.nextSet(new Node(curr.getData()));
            curr2 = curr2.nextGet();
        }
        return cl;
    }
    public void push(int d) {
        Node temp = new Node(d);
        if (IsNull()) {
            head = temp;
            return;
        }
        Node tail = head;
        while(tail.nextGet()!= null) {
            tail = tail.nextGet();
        }
        tail.nextSet(temp);
    }
    public void push_front(int d) {
        Node temp = new Node(d);
        if (IsNull()) {
            head = temp;
            return;
        }
        temp.nextSet(head);
        head = temp;
    }
    public Node pop() {
        if (head == null) {return null;}
        Node tail = head.nextGet();
        if (head.nextGet()== null) {
            head = null;
            return tail;
        }
        Node prev = head;
        while(tail.nextGet()!= null) {
            tail = tail.nextGet();
            prev = prev.nextGet();
        }
        Node res = tail;
        tail = prev;
        tail.nextSet(null);
        return res;
    }
    public Node pop_front() {
        if (IsNull()) {return null;}
        Node res = head;
        if (head.nextGet()== null) {
            Node temp = new Node(head.getData());
            head = null;
            return temp;
        }
        else {
            head = head.nextGet();
        }
        return res;
    }
    public Node insert(int a, int n) {
        Node ins = new Node(a);
        Node cur = head;
        if (cur == null) {
            if (n == 0) {
                head = ins;
                return ins;
            }
            else return null;
        }
        for(int i = 1; i < n; i++) {
            if (cur.nextGet()== null) return null;
            cur = cur.nextGet();
        }
        ins.nextSet(cur.nextGet());
        cur.nextSet(ins);
        return ins;
    }
    public Node insert_after_key(int a, int key) {
        Node ins = new Node(a);
        Node cur = find(key);
        if (cur == null) return null;
        ins.nextSet(cur.nextGet());
        cur.nextSet(ins);
        return ins;
    }
    public Node this[int n] {
        get {
            Node temp = head;
            for(int i = 0; i < n; i++) {
                if(temp == null) {return null;}
                temp = temp.nextGet();
            }
            return temp;
        }
        set {
            if (head == null && n == 0) {head = value; return;}
            Node temp = head;
            for(int i = 0; i < n; i++) {
                if(temp == null) {throw new NullReferenceException("List size is smaller than n");}
                temp = temp.nextGet();
            }
            temp.getData() = value.getData();
        }
    }
    public Node delete(int n) {
        if (head == null) return null;
        Node temp = head;
        Node prev = head;
        for(int i = 0; i < n; i++) {
            if (temp.nextGet() == null) return null;
            prev = temp;
            temp = temp.nextGet();
        }
        prev.nextSet(temp.nextGet());
        return temp;
    }
    public Node delete_value(int value) {
        if (head == null) return null;
        Node temp = head;
        Node prev = null;
        do {
            if (temp.getData().CompareTo(value) == 0) {
                if (prev == null) head = temp.nextGet();
                else prev.nextSet(temp.nextGet());
                return temp;
            }
            prev = temp;
            temp = temp.nextGet();
        } while(temp != null);
        return null;
    }
    public void delete_values(int value) {
        if (head == null) return;
        Node temp = head;
        Node prev = null;
        while (temp != null && temp.getData().CompareTo(value) == 0) {
            head = temp.nextGet();
            temp = head;
        }
        while (temp != null) {
            while (temp != null && temp.getData().CompareTo(value) != 0) {
                prev = temp;
                temp = temp.nextGet();
            }
            if (temp == null)
                return;
            prev.nextSet(temp.nextGet());
            temp = prev.nextGet();
        }
    }

    public Node find(int value) {
        if (IsNull()) {return null;}
        Node temp = head;
        while (temp != null) {
            if (temp.getData().CompareTo(value) == 0) {return temp;} //temp.data == value
            temp = temp.nextGet();
        }
        return temp;
    }
    public Node min() {
        if (IsNull()) {return null;}
        Node temp = head;
        Node min = head;
        while(temp != null) {
            if (min.detData().CompareTo(temp.getData()) > 0) {min = temp;}
            temp = temp.nextGet();
        }
        return min;
    }
    public Node max() {
        if (IsNull()) {return null;}
        Node temp = head;
        Node max = head;
        while(temp != null) {
            if (max.getData().CompareTo(temp.getData()) < 0) {max = temp;}
            temp = temp.nextGet();
        }
        return max;
    }
    public bool IsNull() {
        return head == null;
    }
    public void clear() {
        head = null;
    }
    public void read_input() {
        head = null;
        Console.Write("Enter number of nodes : ");
        int n = (int)Convert.ChangeType(Console.ReadLine(), typeof(int));
        Console.WriteLine(n);
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            Node temp = (int)Convert.ChangeType(Console.ReadLine(), typeof(int));
            push(temp);
            Console.WriteLine("pushed " + temp);
        }
    }
    Node getmiddle() {
        if (head == null) return head;
        Node slow = head, fast = head;
        while(fast.nextGet()!= null && fast.nextGet().nextGet()!= null) {
            slow = slow.nextGet();
            fast = fast.nextGet().nextGet();
        }
        return slow;
    }
    static List merge(List left, List right) {
        if (left.IsNull()) return right;
        if (right.IsNull()) return left;
        List result = new List();
        if (left.head.getData().CompareTo(right.head.getData()) <= 0) {
            result = left;
            result.head.nextSet(merge(new List(left.head.nextGet()), right).head);
        }
        else {
            result = right;
            result.head.nextSet(merge(left, new List(right.head.nextGet())).head);
        }
        return result;
    }
    public List mergesort() {
        if (head == null || head.nextGet()== null) return (new List(head));
        Node middle = getmiddle();
        List middle_next = new List(middle.nextGet());
        middle.nextSet(null);
        List left = mergesort();
        List right = middle_next.mergesort();
        // Console.WriteLine("debug");
        // left.Print();
        // right.Print();
        List result = merge(left, right);
        // result.Print();
        head = result.head;
        return result;
    }
    public void Print() {
        if (IsNull()) {
            Console.Write("null\n");
            return;
        }
        Node temp = head;
        Console.Write("[" + temp.getData());
        temp = temp.nextGet();
        while(temp != null) {
            Console.Write(", " + temp.getData());
            temp = temp.nextGet();
        }
        Console.Write("]\n");
    }

    public static List operator + (List a, List b) {
        if (a.head == null) return b;
        if (b.head == null) return a;
        List result = a;
        Node temp = result.head;
        while(temp.nextGet()!= null) {
            temp = temp.nextGet();
        }
        temp.nextSet(b.head);
        return result;
    }
    public static bool operator == (List a, List b) {
        Node f = a.head;
        Node s = b.head;
        if (f == null ^ s == null) return false;
        if (f == null && s == null) return true;
        while(f.nextGet() != null && s.nextGet() != null) {
            if (f.getData().CompareTo(s.getData()) != 0) return false;
            f = f.nextGet();
            s = s.nextGet();
        }
        if (f.nextGet() == null ^ s.nextGet() == null) return false;
        return true;
    }

    public static bool operator != (List a, List b) {
        return !(a==b);
    }
}

class Set : List {
    public Set() {
    }
    public Set(Node a) {
        head = a.clone();
    }
    public Set(int a) {
        head = new Node(a);
    }
    public Set(List a) {
        head = a.clone()[0];
        delete_repetitions();
    }

    void delete_repetitions() {
        Node ptr1 = head;
        Node ptr2 = null;
        while (ptr1 != null && ptr1.nextGet() != null) {
            ptr2 = ptr1;
            while (ptr2.nextGet() != null) {
                if (ptr1.getData().CompareTo(ptr2.nextGet().getData()) == 0) ptr2.nextSet(ptr2.nextGet().nextGet());
                else ptr2 = ptr2.nextGet();
            }
            ptr1 = ptr1.nextGet();
        }
    }
    public new void push(int d) {
        if (base.find(d) == null)
            base.push(d);
    }
    public new void push_front(int d) {
        if (base.find(d) == null)
            base.push_front(d);
    }
    public new Node insert(int a, int n) {
        if (base.find(a) == null)
            return base.insert(a, n);
        return null;
    }
    public new Node insert_after_key(int a, int key) {
        if (base.find(a) == null)
            return base.insert_after_key(a, key);
        return null;
    }
    public new void read_input() {
        base.clear();
        Console.Write("Enter number of nodes : ");
        int n = (int)Convert.ChangeType(Console.ReadLine(), typeof(int));
        Console.WriteLine(n);
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            Node temp = (int)Convert.ChangeType(Console.ReadLine(), typeof(int));
            push(temp);
            Console.WriteLine("pushed " + temp);
        }
    }
    public static Set union(Set a, Set b) {
        if (a.IsNull()) return (Set)b.clone();
        if (b.IsNull()) return (Set)a.clone();
        Set res = new Set(a.clone());
        foreach(Node item in b) {
            res.push(item.clone().getData());
        }
        return res;
    }
    public static Set intersection(Set a, Set b) {
        if (a.IsNull() && b.IsNull()) return null;
        Set res = new Set();
        foreach(Node item in b) {
            if (a.find(item.getData()) != null) res.push(item.getData());
        }
        foreach(Node item in a) {
            if (b.find(item.getData()) != null) res.push(item.getData());
        }
        return res;
    }
    public static Set difference(Set a, Set b) {
        if (a.IsNull()) return null;
        if (b.IsNull()) return new Set(a.clone());
        Set res = new Set(a.clone());
        foreach(Node item in b) {
            res.delete_value(item.getData());
        }
        return res;
    }
    public new Node this[int n] {
        get {return base[n];}
        set {
            if (find(value.getData()) != null)
                base[n] = value;
        }
    }
    public int len() {
        int i = 0;
        foreach(Node item in this) i++;
        return i;
    }
    // public static bool operator == (Set<T> a, Set<T> b) {
    //     if (a.head == null ^ b.head == null) return false;
    //     if (a.head == null && b.head == null) return true;
    //     Set<T> temp = new Set<T>(b);
    //     foreach(Node<T> item in a) {
    //         if (temp.delete_value(item.data) == null) return false;
    //     }
    //     return temp.IsNull();
    // }
    public new void Print() {
        this.mergesort();
        base.Print();
    }
    public static bool operator == (Set a, Set b) {
        a.mergesort();
        b.mergesort();
        return ((List)a == (List)b);
    }
    public static bool operator != (Set a, Set b) {
        return !(a == b);
    }
}