#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
#include <vector>
#include <cmath>

using namespace std;

const string OLETUS_TIEDOSTO = "yhtalot.txt";
const string KYSY_TIEDOSTO = "Anna asetustiedoston nimi (oletuksena "+OLETUS_TIEDOSTO+"): ";
const string KYSY_DERIVOI = "Derivoidaanko? (k/e) ";

// tietue piirtoalueen tietojen tallentamista varten
struct piirtoalue {
  char tm; // taustamerkki
  int leveys, korkeus;
  int alkux, alkuy; // x ja y akselin alkuarvot
  vector<string> merkit;
};

// tietue termien tallentamista varten
struct termi {
  double kerroin, potenssi;
};

int pyorista(double tulos)
{
  if (tulos < 0) return static_cast<int>(tulos-0.5);
  else return static_cast<int>(tulos+0.5);
}

// kysyy käyttäjältä käytettävän tiedoston nimen
string kysyTiedosto()
{
  string tiedosto = "";
  cout << KYSY_TIEDOSTO;
  getline(cin, tiedosto);
  if (tiedosto == "") tiedosto = OLETUS_TIEDOSTO;
  return tiedosto;
}

// kysyy haluaako käyttäjä derivoida, palauttaa true
// arvon jos käyttäjä vastaan k, false jos käyttäjä
// vastaa e, muussa tapauksessa kysyy uudestaan
bool kysyDerivoi()
{
  string derivointi;
  for (;;) {
    cout << KYSY_DERIVOI;
    getline(cin, derivointi);
    if (derivointi == "k") return true;
    else if (derivointi == "e") return false;
  }
}

// lue piirtoalueen tiedot tiedostosta
piirtoalue luePiirtoalue(ifstream &tsisaan)
{
  // luo uusi piirtoalue tietue
  piirtoalue piirto;
  piirto.tm = tsisaan.get();
  tsisaan >> piirto.leveys >> piirto.korkeus;

  // kasvata merkit rakenne vastaamaan alueen kokoa
  for (int i = 0; i < piirto.korkeus; ++i)
    piirto.merkit.push_back(string(piirto.leveys, piirto.tm));

  piirto.alkux = -(piirto.leveys / 2);
  piirto.alkuy = piirto.korkeus / 2;

  // piirrä koordinaatisto akselit
  for (int i = 0; i < piirto.korkeus; ++i)
    for (int j = 0; j < piirto.leveys; ++j) {
      if (piirto.alkux + j == 0 && piirto.alkuy - i == 0) piirto.merkit.at(i).at(j) = '+';
      else if (piirto.alkux + j == 0) piirto.merkit.at(i).at(j) = '|';
      else if (piirto.alkuy - i == 0) piirto.merkit.at(i).at(j) = '-';
    }

  return piirto;
}

// derivoi merkkien määrittämä yhtälö ja kirjoita se tderivaatat virtaan.
// oletus, että vakiotermi on viimeisenä.
void derivoi(vector<termi> &termit, const string &merkit, ofstream &tderivaatat)
{
  for (int i = 0; i < termit.size(); ++i) {
    // jos termin potenssi on 0 on kyseessä vakiotermi ja se poistetaan
    if (static_cast<int>(termit.at(i).potenssi) == 0) {
      termit.erase(termit.begin()+i);
      break;
    }
    // laske termien uusi arvo
    termit.at(i).kerroin = termit.at(i).kerroin * termit.at(i).potenssi;
    termit.at(i).potenssi = termit.at(i).potenssi - 1;
  }
  // kirjoita käytettävät merkit ja termien uusi lukumäärä
  tderivaatat << merkit << " " << termit.size();
  for (int i = 0; i < termit.size(); ++i)
    tderivaatat << " " << termit.at(i).kerroin << " " << termit.at(i).potenssi;
  tderivaatat << endl;
}

// piirrä termien määrittelemä yhtälö käyttäen merkit merkkijonon merkkejä
void piirra(piirtoalue &piirto, const vector<termi> &termit, const string &merkit)
{
  // monesMerkki on indeksi merkit merkkijonoon, jota käytetään pitämään kirjaa kulloinkin tulostettavasta merkistä.
  unsigned int monesMerkki = 0;
  for (int x = piirto.alkux; x < piirto.alkux + piirto.leveys; ++x) {
    double tulos = 0;
    for (int i = 0; i < termit.size(); ++i)
      tulos += termit.at(i).kerroin * pow(x, termit.at(i).potenssi);
    int y = piirto.alkuy - pyorista(tulos);
    if (y >= 0 && y < piirto.korkeus) piirto.merkit.at(y).at(x - piirto.alkux) = merkit[monesMerkki];
    if (++monesMerkki == merkit.length()) monesMerkki = 0;
  }
}

void tulosta(piirtoalue &piirto)
{
  // rivi ja sarake piirtävät x- ja y-akselin numerot. Haluttu numero saa-
  // daan jakamalla oikea arvo kymmenellä ja ottamalla siitä jakojäännös.
  cout << endl;
  for (int i = 0; i < piirto.korkeus; ++i) {
    int rivi = piirto.alkuy - i;
    if ( rivi < 0 ) rivi = -rivi % 10;
    else rivi = rivi % 10;
    // tulosta nykyinen rivi
    cout << rivi << piirto.merkit.at(i) << endl;
  }
  cout << " ";
  for (int i = 0; i < piirto.leveys; ++i) {
    int sarake = piirto.alkux + i;
    if (sarake < 0) sarake = -sarake % 10;
    else sarake = sarake % 10;
    cout << sarake;
  }
  cout << endl;
}

int main()
{
  cout << "### OHJ-1101 Ohjelmointi Ie - Harjoitustyö - kako" << endl;
  cout << "### Henri Lipsanen, lipsaneh" << endl;
  cout << "### 199051, Tietojohtaminen" << endl;
  
  // kysy käyttäjältä käytettävä tiedosto ja avaa se tsisaan virtana
  // tai tulosta virhe ja poistu ohjelmasta jos tiedostoa ei voitu avata.
  string tiedosto = kysyTiedosto();
  ifstream tsisaan(tiedosto.c_str());
  if ( !tsisaan ) {
    cout << "Virhe: Tiedostoa " << tiedosto << " ei voida lukea." << endl;
    return EXIT_FAILURE;
  }
  // kysy haluaako käyttäjä derivoida.
  bool derivointi = kysyDerivoi();
   
  // luo uusi piirtoalue tiedostossa olevien tietojen mukaan.
  piirtoalue piirto = luePiirtoalue(tsisaan);
  
  ofstream tderivaatat;
  if (derivointi) {
    tderivaatat.open((tiedosto + ".derivaatat").c_str());
    tderivaatat << piirto.tm << " " << piirto.leveys << " " << piirto.korkeus << endl;
  }

  // jatka niin kauan kuin tiedostosta pystyy lukemaan
  while (tsisaan) {
    string merkit;
    tsisaan >> merkit;
    if (!tsisaan) break;
    vector<termi> termit;

    int termeja, i = 0;
    tsisaan >> termeja;
    // lue tarvittavat termit tiedostosta
    for (i = 0; i < termeja; ++i) {
      termi tmp;
      tsisaan >> tmp.kerroin >> tmp.potenssi;
      termit.push_back(tmp);
    }
    if (derivointi) derivoi(termit, merkit, tderivaatat);
    piirra(piirto, termit, merkit);
  }

  tulosta(piirto);
  
  return EXIT_SUCCESS;
}