বাইনারি অ্যাডিশন ও সাবট্রাকশন সার্কিট

# L09 + L18 সংশ্লেষণ -- বিট-লেভেল রিপল ক্যারি অ্যাডার/সাবট্রাক্টর দিয়ে প্রকৃত সাইনড অ্যারিথমেটিক
# (সিমুলেটেড ফুল-অ্যাডার চেইন -- কোনো বাস্তব CPU ইনস্ট্রাকশন বা হার্ডওয়্যার অ্যাক্সেস নয়)

def to_twos_complement(n, bits):
    if n >= 0:
        return bin(n)[2:].zfill(bits)
    positive_bits = to_twos_complement(-n, bits)
    inverted = "".join("1" if c == "0" else "0" for c in positive_bits)
    return bin((int(inverted, 2) + 1) % (2 ** bits))[2:].zfill(bits)

def from_twos_complement(bits_str):
    n = len(bits_str)
    value = int(bits_str, 2)
    return value - 2 ** n if bits_str[0] == "1" else value

def full_adder(a, b, cin):
    """L08 -- তিন বিট যোগ করে (sum, carry_out) দেয়"""
    s = a ^ b ^ cin
    cout = (a & b) | (cin & (a ^ b))
    return s, cout

def ripple_carry_adder(a_bits, b_bits, cin=0):
    """L09 -- N-টি ফুল অ্যাডার চেইন করে, LSB থেকে MSB পর্যন্ত ক্যারি প্রবাহিত হয়"""
    n = len(a_bits)
    result = ["0"] * n
    carry = cin
    carry_into_msb = None
    for i in range(n - 1, -1, -1):
        if i == 0:
            carry_into_msb = carry
        a, b = int(a_bits[i]), int(b_bits[i])
        s, carry = full_adder(a, b, carry)
        result[i] = str(s)
    carry_out_of_msb = carry
    return "".join(result), carry_into_msb, carry_out_of_msb

def adder_subtractor(a_bits, b_bits, subtract_mode=False):
    """L09 -- subtract_mode=True হলে B ইনভার্ট করে Cin=1 দেয় (two's complement বিয়োগ ট্রিক)"""
    if subtract_mode:
        b_bits = "".join("1" if c == "0" else "0" for c in b_bits)
        cin = 1
    else:
        cin = 0
    return ripple_carry_adder(a_bits, b_bits, cin)

print("=== 5 + (-3), 4-বিট two's complement অ্যাডার দিয়ে ===")
a = to_twos_complement(5, 4)
b = to_twos_complement(-3, 4)
result, cin, cout = ripple_carry_adder(a, b)
print(f"a(5) = {a}   b(-3) = {b}")
print(f"অ্যাডার আউটপুট বিট = {result}   (top-bit carry_out={cout} বাতিল হয়)")
print(f"দশমিক ব্যাখ্যা = {from_twos_complement(result)}")
assert from_twos_complement(result) == 5 + (-3)
print("cross-check (Python native):", 5 + (-3))

print()
print("=== 5 + 5, ওভারফ্লো কেস যাচাই ===")
a = to_twos_complement(5, 4)
b = to_twos_complement(5, 4)
result, cin, cout = ripple_carry_adder(a, b)
overflow = cin != cout
print(f"a(5) = {a}   b(5) = {b}")
print(f"অ্যাডার আউটপুট বিট = {result}   carry_in(sign)={cin}  carry_out(sign)={cout}")
print(f"ওভারফ্লো ফ্ল্যাগ (L18 নিয়ম) = {overflow}")
print(f"(হার্ডওয়্যারের ভুল দশমিক পাঠ, যদি ওভারফ্লো উপেক্ষা করা হতো: {from_twos_complement(result)}, প্রকৃত যোগফল: {5+5})")

print()
print("=== একই adder_subtractor ইউনিট দিয়ে বিয়োগ: 7 - 3 ===")
a = to_twos_complement(7, 4)
b = to_twos_complement(3, 4)
result, cin, cout = adder_subtractor(a, b, subtract_mode=True)
print(f"7 - 3 => বিট {result} => দশমিক {from_twos_complement(result)}")
assert from_twos_complement(result) == 7 - 3