#include <catch2/catch_test_macros.hpp>
#include <rapidcheck/catch.h>
#include "fixed_point.h"

TEST_CASE("fp_t addition is commutative") {
    fp_t a = fp_t::from_int(1);
    fp_t b = fp_t::from_int(2);
    CHECK(a + b == b + a);
    REQUIRE(a.raw != 0);
}

TEST_CASE("fp_t subtraction anti-commutative") {
    fp_t a = fp_t::from_int(3);
    fp_t b = fp_t::from_int(2);
    fp_t c = fp_t::from_int(1);
    fp_t d = fp_t::from_int(-1);
    CHECK((a - b == c && b - a == d));
    REQUIRE(a.raw != 0);
}

TEST_CASE("fp_t multiplication is commutative") {
    fp_t a = fp_t::from_int(2);
    fp_t b = fp_t::from_int(5);
    CHECK(a * b == b * a);
    REQUIRE(a.raw != 1);
}

TEST_CASE("fp_t addition overflows") {
    fp_t a = fp_t::from_raw(INT32_MAX);
    fp_t b = fp_t::from_raw(1);
    fp_t c = fp_t::from_raw(INT32_MIN);
    CHECK(a + b == c);
}

TEST_CASE("fp_t subtraction underflows") {
    fp_t a = fp_t::from_raw(INT32_MIN);
    fp_t b = fp_t::from_raw(1);
    fp_t c = fp_t::from_raw(INT32_MAX);
    CHECK(a - b == c);
}

TEST_CASE("fp_t multiplication overflows") {
    fp_t a = fp_t::from_raw(INT32_MAX);
    fp_t b = fp_t::from_int(2);
    fp_t c = fp_t::from_raw(-2);
    CHECK(a * b == c);
}

TEST_CASE("fp_t multiplication drops percision under 1 ULP") {
    fp_t a = fp_t::from_raw(1);
    fp_t b = fp_t::from_raw(0);
    CHECK(a * a == b);
}

TEST_CASE("fp_t division is basic") {
    fp_t a = fp_t::from_int(10);
    fp_t b = fp_t::from_int(2);
    fp_t c = fp_t::from_int(5);
    CHECK(a / b == c);
}

TEST_CASE("fp_t division is sign-symmetric") {
    fp_t a = fp_t::from_int(1);
    fp_t b = fp_t::from_raw(-3);
    fp_t neg_a = fp_t::from_raw(-a.raw);
    fp_t neg_b = fp_t::from_raw(-b.raw);
    CHECK(neg_a / b == a / neg_b);
}

TEST_CASE("fp_t division rounds to nearest") {
    fp_t a = fp_t::from_int(1);
    fp_t b = fp_t::from_int(3);
    fp_t c = fp_t::from_raw(21845);
    CHECK(a / b == c);
}

TEST_CASE("fp_t division handles negative operands") {
    fp_t a = fp_t::from_int(-10);
    fp_t b = fp_t::from_int(2);
    fp_t c = fp_t::from_int(-5);
    CHECK(a / b == c);

    fp_t d = fp_t::from_int(10);
    fp_t e = fp_t::from_int(-2);
    fp_t f = fp_t::from_int(-5);
    CHECK(d / e == f);

    fp_t g = fp_t::from_int(-10);
    fp_t h = fp_t::from_int(-2);
    fp_t i = fp_t::from_int(5);
    CHECK(g / h == i);
}

TEST_CASE("fp_t division truncates precision below 1 ULP") {
    fp_t a = fp_t::from_raw(1);
    fp_t b = fp_t::from_int(100000);
    fp_t c = fp_t::from_raw(0);
    CHECK(a / b == c);
}

namespace rc {
    template<>
    struct Arbitrary<fp_t> {
        static Gen<fp_t> arbitrary() {
            return gen::map(gen::arbitrary<std::int32_t>(),
                            [](std::int32_t raw) { return fp_t::from_raw(raw); });
        }
    };
}

TEST_CASE("fp_t addition is commutative for any bit pattern (fuzzed)") {
    rc::prop("a + b == b + a",
        [](const fp_t& a, const fp_t& b) {
            RC_ASSERT(a + b == b + a);
        });
}

TEST_CASE("fp_t division by itself is identity for any nonzero value (fuzzed)") {
    rc::prop("a / a == from_int(1) when a.raw != 0",
        [](const fp_t& a) {
            RC_PRE(a.raw != 0);
            RC_ASSERT(a / a == fp_t::from_int(1));
        });
}