#include "stdio.h" /*

链表的归并排序的核心是将链表分成前后两段，分别排序后对两个有序链表归并，递归边界是当前链表长度为1。
*/

int compare_count = 0;

// 两个有序链表合并 ， 将右链元素插入到左链中 。
int *merge(int *l_head, int *r_head)
{
    // 这里构建一个虚拟头结点 ， 方便在第一个元素前插入 。
    int *head = new int[2];
    head[1] = (int)l_head;
    int *p_left = head;
    int *p_right = r_head;
    do
    {
        do
        { // 寻找左链中的插入位置
            if (p_left[1] == (int)NULL)
                break;
            // count the number of comparisons
            compare_count++;
            if (((int *)p_left[1])[0] > p_right[0])
                break;
            p_left = (int *)p_left[1];
        } while (1);
        // 如果到达左链尾端 ， 右链直接接上
        if (p_left[1] == (int)NULL)
        {
            p_left[1] = (int)p_right;
            break;
        }
        int *p_right_temp = p_right;
        do
        { // 寻找右链待插入片段
            if (p_right_temp[1] == (int)NULL)
                break;
            // count the number of comparisons
            compare_count++;
            if (((int *)p_right_temp[1])[0] > ((int *)p_left[1])[0])
                break;
            p_right_temp = (int *)p_right_temp[1];
        } while (1);
        // 完成插入操作
        int *temp_right_pointer_next = (int *)p_right_temp[1];
        p_right_temp[1] = p_left[1];
        p_left[1] = (int)p_right;
        p_left = p_right_temp;
        p_right = temp_right_pointer_next;
        if (p_right == NULL)
            break;
    } while (1);
    int rv = head[1];

    delete head;
    return (int *)rv;
}

// 归并排序主函数 ， 先找链表中点 ， 再分别排序 ， 最后归并
int *msort(int *head)
{
    if (head[1] == (int)NULL)
        return head;
    int *stride_2_pointer = head;
    int *stride_1_pointer = head;
    do
    { // 通过同时进行步长为 1 和步长为 2 的跳转找中点
        if (stride_2_pointer[1] == (int)NULL)
            break;
        stride_2_pointer = (int *)stride_2_pointer[1];
        if (stride_2_pointer[1] == (int)NULL)
            break;
        stride_2_pointer = (int *)stride_2_pointer[1];
        stride_1_pointer = (int *)stride_1_pointer[1];
    } while (1);
    // 拆成两个链表分别排序 ， 再归并 。
    stride_2_pointer = (int *)stride_1_pointer[1];
    stride_1_pointer[1] = (int)NULL;
    int *l_head = msort(head);
    int *r_head = msort(stride_2_pointer);
    return merge(l_head, r_head);
}

int main()
{
    FILE *infile, *outfile;
    int buffer[1001];
    infile = fopen("a.in", "rb");
    fread(buffer, 4, 1001, infile);
    fclose(infile);
    int N = buffer[0];
    // create a linked list
    int *head = new int[2];
    head[1] = (int)NULL;
    int *pointer = head;
    for (int idx = 1; idx <= N; idx++)
    {
        pointer[1] = (int)new int[2];
        pointer = (int *)pointer[1];
        pointer[0] = buffer[idx];
        pointer[1] = (int)NULL;
    }
    // sort
    head[1] = (int)msort((int *)head[1]);
    pointer = head;
    outfile = fopen("a.out", "wb");
    // 输出比较次数
    fwrite(&compare_count, 4, 1, outfile);
    // wirte the sorted list to file
    do
    {
        pointer = (int *)pointer[1];
        if (pointer == NULL)
            break;
        fwrite(pointer, 4, 1, outfile);
    } while (1);
    fclose(outfile);
    // 本文件用于翻译，没有释放链表内存的操作
    return 0;
}