#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

const int bufSize = 10;
int buf[bufSize] ; //буфер
int front = 0 ; //индекс для чтения из буфера
int rear = 0 ; //индекс для записи в буфер
int count = 0 ; //количество занятых ячеек буфера
unsigned int seed = 101; // инициализатор генератора случайных чисел

pthread_mutex_t mutex ; // мьютекс для условных переменных

// поток-писатель блокируется этой условной переменной, 
// когда количество занятых ячеек становится равно bufSize
pthread_cond_t not_full ; 

// поток-читатель блокируется этой условной переменной, 
// когда количество занятых ячеек становится равно 0
pthread_cond_t not_empty ;

//стартовая функция потоков – производителей (писателей)
void *Producer(void *param) {
    int pNum = *((int*)param);
    int data, i ;
    while (1) {
        //создать элемент для буфера
        data = rand() % 11 - 5 ;
        //поместить элемент в буфер
        pthread_mutex_lock(&mutex) ; //защита операции записи
        
        //заснуть, если количество занятых ячеек равно сто
        while (count == bufSize ) {
            pthread_cond_wait(&not_full, &mutex) ;
        }
        
        //запись в общий буфер
        buf[rear] = data ;
        rear = (rear+1)%bufSize ;  
        count++ ; //появилась занятая ячейка
        
        //конец критической секции
        pthread_mutex_unlock(&mutex) ;
        //разбудить потоки-читатели после добавления элемента в буфер
        pthread_cond_broadcast(&not_empty) ;
        
        printf("Producer %d: Writes value = %d to cell [%d]\n", pNum, data, rear) ;
        sleep(2);
    }
    return NULL;
}

//стартовая функция потоков – потребителей (читателей)
void *Consumer(void *param) {
    int cNum = *((int*)param);
    int result ;
    while (1) {
        //извлечь элемент из буфера
        pthread_mutex_lock(&mutex) ; //защита операции чтения
        
        //заснуть, если количество занятых ячеек равно нулю
        while (count == 0) {
            pthread_cond_wait(&not_empty, &mutex) ;
        }
        
        //изъятие из общего буфера – начало критической секции
        result = buf[front] ; 
        front = (front+1)%bufSize ; //критическая секция
        count-- ; //занятая ячейка стала свободной
        
        //конец критической секции
        pthread_mutex_unlock(&mutex) ;
        //разбудить потоки-писатели после получения элемента из буфера
        pthread_cond_broadcast(&not_full) ;
        
        //обработать полученный элемент 
        printf("Consumer %d: Reads value = %d from cell [%d]\n", cNum, result, front) ;
        sleep(5);
    }
    return NULL;
}

int main() {
    srand(seed);
    int i ;
    //инициализация мутексов и семафоров
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL) ; 
    pthread_cond_init(&not_full, NULL) ;
    pthread_cond_init(&not_empty, NULL) ;    
    
    //запуск производителей
    pthread_t threadP[3] ;
    int producers[3];
    for (i=0 ; i<3 ; i++) {
        producers[i] = i + 1;
        pthread_create(&threadP[i],NULL,Producer, (void*)(producers+i)) ;
    }
    
    //запуск потребителей
    pthread_t threadC[4] ;
    int consumers[4];
    for (i=0 ; i < 4 ; i++) {
        consumers[i] = i + 1;
        pthread_create(&threadC[i],NULL,Consumer, (void*)(consumers+i)) ;
    }
    
    //пусть главный поток тоже будет потребителем
    int mNum = 0;
    Consumer((void*)&mNum) ;
    return 0;
}