#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>

const int MIN_SIZE = 2;
const int MAX_SIZE = 10;
const int MIN_VALUE = -1000;
const int MAX_VALUE = 1000;

void outputOfTaskInfo() {
  std::cout << "Данная программа выполняет «прямой ход» в решении СЛАУ методом Гаусса. \n"
    << "Диапазон ввода значений количества уравнений в системе: " << MIN_SIZE << "..." << MAX_SIZE << ". \n"
    << "Диапазон ввода значений коэффициентов при переменных: " << MIN_VALUE << "..." << MAX_VALUE << ". \n";
}

int getVerificationOfChoice() {
  int choice;
  bool isIncorrect;

  do {
    isIncorrect = false;
    std::cin >> choice;

    if (std::cin.fail())
    {
      std::cin.clear();
      while (std::cin.get() != '\n');
      isIncorrect = true;
      std::cout << "Проверьте корректность ввода данных! \n";
    }

    if (!isIncorrect && std::cin.get() != '\n')
    {
      std::cin.clear();
      while (std::cin.get() != '\n');

      std::cout << "Проверьте корректность ввода данных! \n";
      isIncorrect = true;
    }

    if (isIncorrect || (choice != 0 && choice != 1))
    {
      isIncorrect = true;
      std::cout << "Для выбора введите 0 или 1! \n";
    }
  } while (isIncorrect);

  return choice;
}

std::string inputPathToFile() {
  std::string path;
  bool isIncorrect;

  std::cout << "Укажите путь к файлу: ";

  do
  {
    isIncorrect = false;
    std::cin >> path;
    std::ifstream file(path);

    if (!file.is_open())
    {
      std::cout << "По указанному пути файл не найден! Укажите правильный путь: ";
      isIncorrect = true;
    }
  } while (isIncorrect);

  return path;
}

int readSizeFromConsole() {
  int size;
  bool isIncorrect;

  std::cout << "Введите значение количества уравнений системы: ";

  do
  {
    isIncorrect = false;
    std::cin >> size;
    if (std::cin.fail())
    {
      isIncorrect = true;
      std::cout << "Проверьте корректность ввода данных! \n";
      std::cin.clear();
      while (std::cin.get() != '\n');
    }
    if (!isIncorrect && (size < MIN_SIZE || size >> MAX_SIZE))
    {
      isIncorrect = true;
      std::cout << "Введите число от " << MIN_SIZE << " до " << MAX_SIZE << "! \n";
    }
  } while (isIncorrect);

  return size;
}

int readSizeFromFile(const std::string path) {
  int size;
  std::string sizeInp;
  bool isIncorrect = true;
  std::ifstream fin(path);

  std::cout << "Происходит чтение количества уравнений системы... \n";
  fin >> sizeInp;

  try
  {
    size = atoi(sizeInp.c_str());
  }
  catch (...)
  {
    isIncorrect = false;
    std::cout << "Ошибка при чтении данных! Введите количество уравнений с консоли! \n";
    size = readSizeFromConsole();
  }

  if (!isIncorrect && (size < MIN_SIZE || size > MAX_SIZE))
  {
    std::cout << "Введите значение от " << MIN_SIZE << " до " << MAX_SIZE << "! \n";
    size = readSizeFromConsole();
  }

  fin.close();

  return size;
}

int readSize(const int choice, const std::string path) {
  int size = -1;

  if (choice == 0)
    size = readSizeFromConsole();
  if (choice == 1)
    size = readSizeFromFile(path);

  return size;
}

void outputSize(const int choice, std::string path, const int size) {
  std::ofstream fout(path);
  bool isIncorrect;

  if (choice == 0)
    std::cout << "Количество уравнений в системе равно: " << size << ". \n";
  if (choice == 1)
  {
    std::cout << "Вывод количества уравнений в файл... \n";

    do
    {
      isIncorrect = false;
      std::ofstream fout(path);

      try
      {
        fout << size << "\n";
      }
      catch (...)
      {
        std::cout << "Ошибка! Измените параметры файла или укажите новую ссылку! \n";
        isIncorrect = true;
        path = inputPathToFile();
      }

      fout.close();
    } while (isIncorrect);

    std::cout << "Данные успешно записаны в файл! \n";
  }
}

float** fillMatrixFromConsole(const int size) {
  float** matrix = new float* [size];
  bool isIncorrect;
  int finalPos = size + 1;

  for (int i = 0; i < size; i++)
    matrix[i] = new float[size + 1];

  for (int i = 0; i < size; i++)
  {
    for (int j = 0; j < finalPos; j++)
    {
      std::cout << "Введите значение коэфф-та в " << i + 1 << "-ом уравнении при " << j + 1 << "-ой позиции: ";

      do
      {
        isIncorrect = false;
        std::cin >> matrix[i][j];

        if (std::cin.fail())
        {
          isIncorrect = true;
          std::cout << "Проверьте корректность ввода данных! \n";
          std::cin.clear();
          while (std::cin.get() != '\n');
        }

        if (!isIncorrect && (matrix[i][j] < MIN_VALUE || matrix[i][j] > MAX_VALUE))
        {
          isIncorrect = true;
          std::cout << "Введите число от " << MIN_VALUE << " до " << MAX_VALUE << "! \n";
        }
      } while (isIncorrect);
    }
  }

  return matrix;
}

float** fillMatrixFromFile(const int size, const std::string path) {
  float** matrix = new float* [size];
  int count = 0;
  int finalPos = size + 1;

  for (int i = 0; i < size; i++)
    matrix[i] = new float[size + 1];

  bool isIncorrect;
  std::string matrixInp;
  std::ifstream fin(path);

  std::cout << "Происходит чтение системы уравнений... \n";
  fin >> matrixInp;

  while (!fin.eof())
  {
    std::string symbol;
    fin >> symbol;
    count++;
  }

  if (count > size * (size + 2))
  {
    std::cout << "Ошибка при чтении системы! Введите систему с консоли! \n";
    matrix = fillMatrixFromConsole(size);
  }
  else
  {
    fin.close();
    fin.open(path);
    fin >> matrixInp;

    for (int i = 0; i < size; i++)
    {
      for (int j = 0; j < finalPos; j++)
      {
        do
        {
          isIncorrect = false;

          try
          {
            fin >> matrix[i][j];
          }
          catch (...)
          {
            std::cout << "Ошибка при чтении системы! Введите систему с консоли! \n";
            isIncorrect = true;
            matrix = fillMatrixFromConsole(size);
          }

          if (!isIncorrect && (matrix[i][j] < MIN_VALUE || matrix[i][j] > MAX_VALUE))
          {
            std::cout << "Ошибка при чтении системы! Введите систему с консоли! \n";
            isIncorrect = true;
            matrix = fillMatrixFromConsole(size);
          }
        } while (isIncorrect);
      }
    }
  }

  fin.close();

  return matrix;
}

float** fillMatrix(const int choice, const std::string path, const int size) {
  float** matrix = new float* [size];

  for (int i = 0; i < size; i++)
    matrix[i] = new float[size + 1];

  if (choice == 0)
    matrix = fillMatrixFromConsole(size);
  if (choice == 1)
    matrix = fillMatrixFromFile(size, path);

  return matrix;
}

void outputMatrix(const int choice, std::string path, float** matrix, const int size) {
  bool isIncorrect;
  std::ofstream fout;

  if (choice == 0)
  {
    std::cout << "Вывод начальной системы уравнений: \n";
    for (int i = 0; i < size; i++)
    {
      std::cout << "|";
      for (int j = 0; j < size; j++)
        std::cout << " " << matrix[i][j] << " \t";
      std::cout << "|  " << matrix[i][size] << "; \n";
    }

    std::cout << "\n";
  }

  if (choice == 1)
  {
    std::cout << "Вывод начальной системы уравнений в файл... \n";

    fout.open(path, std::ios::app);
    fout << "\n";

    do
    {
      isIncorrect = false;

      try
      {
        std::cout << "Вывод начальной системы уравнений: \n";
        for (int i = 0; i < size; i++)
        {
          fout << "|";
          for (int j = 0; j < size; j++)
            fout << " " << matrix[i][j] << " \t";
          fout << "|  " << matrix[i][size] << "; \n";
        }

        fout << "\n";
      }
      catch (...)
      {
        std::cout << "Ошибка! Измените параметры файла или укажите новую ссылку! \n";
        isIncorrect = true;
        path = inputPathToFile();
      }
    } while (isIncorrect);

    fout.close();
    std::cout << "Данные успешно записаны в файл! \n";
  }
}

float** findTriangleMatrix(const int size, float** matrix) {
  float** triangleMatrix = new float* [size];
  for (int i = 0; i < size; i++)
    triangleMatrix[i] = new float[size + 1];

  int columns = size + 1;

  for (int i = 0; i < size; i++) 
  {
    for (int j = 0; j < columns; j++)
      triangleMatrix[i][j] = matrix[i][j];
  }

  for (int i = 0; i < size; i++) 
  {
    int startPosJ = i + 1;

    for (int j = startPosJ; j < size; j++) 
    {
      float temp = triangleMatrix[j][i] / triangleMatrix[i][i];

      for (int k = i; k < size; k++)
        triangleMatrix[j][k] = triangleMatrix[j][k] - temp * triangleMatrix[i][k];

      triangleMatrix[j][size] = triangleMatrix[j][size] - temp * triangleMatrix[i][size];
    }
  }

  return triangleMatrix;
}

void outputTriangleMatrix(const int choice, std::string path, float** matrix, const int size) {
  bool isIncorrect;
  std::ofstream fout;

  if (choice == 0) 
  {
    std::cout << "Вывод преобразованной системы: \n";

    for (int i = 0; i < size; i++)
    {
      std::cout << "|";
      for (int j = 0; j < size; j++)
        std::cout << " " << matrix[i][j] << " ";
      std::cout << "|  " << matrix[i][size] << "; \n";
    }

    std::cout << "\n";
  }

  if (choice == 1) {
    std::cout << "Вывод начальной матрицы в файл... \n";

    fout.open(path, std::ios::app);
    fout << "\n";


    do
    {
      isIncorrect = false;

      try
      {
        for (int i = 0; i < size; i++)
        {
          fout << "|";
          for (int j = 0; j < size; j++)
            fout << " " << matrix[i][j] << " ";
          fout << "|  " << matrix[i][size] << "; \n";
        }

        fout << "\n";
      }
      catch (...)
      {
        std::cout << "Ошибка! Измените параметры файла или укажите новую ссылку! \n";
        isIncorrect = true;
        path = inputPathToFile();
      }
    } while (isIncorrect);

    fout.close();
    std::cout << "Данные успешно записаны в файл! \n";
  }
}

float* findRoots(const int size, float** triangleMatrix) {
  float* ansArr = new float[size];

  float temp;
  int pos = size - 1;
  int k = 1;
  float dividend = 0;

  for (int i = 0; i < size; i++)
  {
    if (triangleMatrix[pos][pos] != 0)
    {
      dividend = triangleMatrix[pos][pos + k];

      for (int j = 0; j < i; j++)
        dividend = dividend - triangleMatrix[pos][pos + i - j] * ansArr[j];

      temp = dividend / triangleMatrix[pos][pos];
    }
    else
      temp = 0;

    ansArr[i] = temp;
    k++;
    pos--;
  }

  return ansArr;
}

void outputAnsArr(const int choice, std::string path, float* ansArr, const int size) {
  bool isIncorrect;
  std::ofstream fout;

  if (choice == 0)
  {
    std::cout << "Вывод полученных корней: \n";

    for (int i = 0; i < size; i++)
      std::cout << "Значение " << i + 1 << "-ой переменной равно: " << ansArr[i] << ". \n";
  }

  if (choice == 1) {
    std::cout << "Вывод полученных корней в файл... \n";

    fout.open(path, std::ios::app);
    fout << "\n";

    do
    {
      isIncorrect = false;

      try
      {
        for (int i = 0; i < size; i++)
          fout << "Значение " << i + 1 << "-ой переменной равно: " << ansArr[i] << ". \n";
      }
      catch (...)
      {
        std::cout << "Ошибка! Измените параметры файла или укажите новую ссылку! \n";
        isIncorrect = true;
        path = inputPathToFile();
      }
    } while (isIncorrect);

    fout.close();
    std::cout << "Данные успешно записаны в файл! \n";
  }
}

void processUserInput(int& choiceForInput, int& size, std::string& pathToIn) {
  std::cout << "Вы желаете ввести данные с консоли(0) или взять данные из файла(1)? \n";
  choiceForInput = getVerificationOfChoice();
  if (choiceForInput == 1)
    pathToIn = inputPathToFile();

  size = readSize(choiceForInput, pathToIn);
}

void processUserOutput(int& choiceForOutput, std::string& pathToOut, int& size, float**& matrix, float**& triangleMatrix, float*& ansArr) {
  std::cout << "Вы желаете получить результат в консоли(0) или в файле(1)? \n";
  choiceForOutput = getVerificationOfChoice();
  if (choiceForOutput == 1)
    pathToOut = inputPathToFile();

  outputSize(choiceForOutput, pathToOut, size);
  outputMatrix(choiceForOutput, pathToOut, matrix, size);
  outputTriangleMatrix(choiceForOutput, pathToOut, triangleMatrix, size);
  outputAnsArr(choiceForOutput, pathToOut, ansArr, size);
}

int main() {
  setlocale(LC_ALL, "Rus");
  int choiceForInput, choiceForOutput, size;
  std::string pathToIn, pathToOut;

  outputOfTaskInfo();
  processUserInput(choiceForInput, size, pathToIn);

  float** matrix = new float* [size];
  for (int i = 0; i < size; i++)
    matrix[i] = new float[size];

  matrix = fillMatrix(choiceForInput, pathToIn, size);

  float** triangleMatrix = new float* [size];
  for (int i = 0; i < size; i++)
    triangleMatrix[i] = new float[size];

  triangleMatrix = findTriangleMatrix(size, matrix);

  float* ansArr = new float[size];

  ansArr = findRoots(size, triangleMatrix);

  processUserOutput(choiceForOutput, pathToOut, size, matrix, triangleMatrix, ansArr);

  return 0;
}