chiark / gitweb /
Add a new deduction to Easy level, which is as small as I can make it
[sgt-puzzles.git] / loopy.c
1 /*
2  * loopy.c:
3  *
4  * An implementation of the Nikoli game 'Loop the loop'.
5  * (c) Mike Pinna, 2005, 2006
6  * Substantially rewritten to allowing for more general types of grid.
7  * (c) Lambros Lambrou 2008
8  *
9  * vim: set shiftwidth=4 :set textwidth=80:
10  */
11
12 /*
13  * Possible future solver enhancements:
14  * 
15  *  - There's an interesting deductive technique which makes use
16  *    of topology rather than just graph theory. Each _face_ in
17  *    the grid is either inside or outside the loop; you can tell
18  *    that two faces are on the same side of the loop if they're
19  *    separated by a LINE_NO (or, more generally, by a path
20  *    crossing no LINE_UNKNOWNs and an even number of LINE_YESes),
21  *    and on the opposite side of the loop if they're separated by
22  *    a LINE_YES (or an odd number of LINE_YESes and no
23  *    LINE_UNKNOWNs). Oh, and any face separated from the outside
24  *    of the grid by a LINE_YES or a LINE_NO is on the inside or
25  *    outside respectively. So if you can track this for all
26  *    faces, you figure out the state of the line between a pair
27  *    once their relative insideness is known.
28  *     + The way I envisage this working is simply to keep an edsf
29  *       of all _faces_, which indicates whether they're on
30  *       opposite sides of the loop from one another. We also
31  *       include a special entry in the edsf for the infinite
32  *       exterior "face".
33  *     + So, the simple way to do this is to just go through the
34  *       edges: every time we see an edge in a state other than
35  *       LINE_UNKNOWN which separates two faces that aren't in the
36  *       same edsf class, we can rectify that by merging the
37  *       classes. Then, conversely, an edge in LINE_UNKNOWN state
38  *       which separates two faces that _are_ in the same edsf
39  *       class can immediately have its state determined.
40  *     + But you can go one better, if you're prepared to loop
41  *       over all _pairs_ of edges. Suppose we have edges A and B,
42  *       which respectively separate faces A1,A2 and B1,B2.
43  *       Suppose that A,B are in the same edge-edsf class and that
44  *       A1,B1 (wlog) are in the same face-edsf class; then we can
45  *       immediately place A2,B2 into the same face-edsf class (as
46  *       each other, not as A1 and A2) one way round or the other.
47  *       And conversely again, if A1,B1 are in the same face-edsf
48  *       class and so are A2,B2, then we can put A,B into the same
49  *       face-edsf class.
50  *        * Of course, this deduction requires a quadratic-time
51  *          loop over all pairs of edges in the grid, so it should
52  *          be reserved until there's nothing easier left to be
53  *          done.
54  * 
55  *  - The generalised grid support has made me (SGT) notice a
56  *    possible extension to the loop-avoidance code. When you have
57  *    a path of connected edges such that no other edges at all
58  *    are incident on any vertex in the middle of the path - or,
59  *    alternatively, such that any such edges are already known to
60  *    be LINE_NO - then you know those edges are either all
61  *    LINE_YES or all LINE_NO. Hence you can mentally merge the
62  *    entire path into a single long curly edge for the purposes
63  *    of loop avoidance, and look directly at whether or not the
64  *    extreme endpoints of the path are connected by some other
65  *    route. I find this coming up fairly often when I play on the
66  *    octagonal grid setting, so it might be worth implementing in
67  *    the solver.
68  *
69  *  - (Just a speed optimisation.)  Consider some todo list queue where every
70  *    time we modify something we mark it for consideration by other bits of
71  *    the solver, to save iteration over things that have already been done.
72  */
73
74 #include <stdio.h>
75 #include <stdlib.h>
76 #include <stddef.h>
77 #include <string.h>
78 #include <assert.h>
79 #include <ctype.h>
80 #include <math.h>
81
82 #include "puzzles.h"
83 #include "tree234.h"
84 #include "grid.h"
85
86 /* Debugging options */
87
88 /*
89 #define DEBUG_CACHES
90 #define SHOW_WORKING
91 #define DEBUG_DLINES
92 */
93
94 /* ----------------------------------------------------------------------
95  * Struct, enum and function declarations
96  */
97
98 enum {
99     COL_BACKGROUND,
100     COL_FOREGROUND,
101     COL_LINEUNKNOWN,
102     COL_HIGHLIGHT,
103     COL_MISTAKE,
104     COL_SATISFIED,
105     COL_FAINT,
106     NCOLOURS
107 };
108
109 struct game_state {
110     grid *game_grid;
111
112     /* Put -1 in a face that doesn't get a clue */
113     signed char *clues;
114
115     /* Array of line states, to store whether each line is
116      * YES, NO or UNKNOWN */
117     char *lines;
118
119     unsigned char *line_errors;
120
121     int solved;
122     int cheated;
123
124     /* Used in game_text_format(), so that it knows what type of
125      * grid it's trying to render as ASCII text. */
126     int grid_type;
127 };
128
129 enum solver_status {
130     SOLVER_SOLVED,    /* This is the only solution the solver could find */
131     SOLVER_MISTAKE,   /* This is definitely not a solution */
132     SOLVER_AMBIGUOUS, /* This _might_ be an ambiguous solution */
133     SOLVER_INCOMPLETE /* This may be a partial solution */
134 };
135
136 /* ------ Solver state ------ */
137 typedef struct solver_state {
138     game_state *state;
139     enum solver_status solver_status;
140     /* NB looplen is the number of dots that are joined together at a point, ie a
141      * looplen of 1 means there are no lines to a particular dot */
142     int *looplen;
143
144     /* Difficulty level of solver.  Used by solver functions that want to
145      * vary their behaviour depending on the requested difficulty level. */
146     int diff;
147
148     /* caches */
149     char *dot_yes_count;
150     char *dot_no_count;
151     char *face_yes_count;
152     char *face_no_count;
153     char *dot_solved, *face_solved;
154     int *dotdsf;
155
156     /* Information for Normal level deductions:
157      * For each dline, store a bitmask for whether we know:
158      * (bit 0) at least one is YES
159      * (bit 1) at most one is YES */
160     char *dlines;
161
162     /* Hard level information */
163     int *linedsf;
164 } solver_state;
165
166 /*
167  * Difficulty levels. I do some macro ickery here to ensure that my
168  * enum and the various forms of my name list always match up.
169  */
170
171 #define DIFFLIST(A) \
172     A(EASY,Easy,e) \
173     A(NORMAL,Normal,n) \
174     A(TRICKY,Tricky,t) \
175     A(HARD,Hard,h)
176 #define ENUM(upper,title,lower) DIFF_ ## upper,
177 #define TITLE(upper,title,lower) #title,
178 #define ENCODE(upper,title,lower) #lower
179 #define CONFIG(upper,title,lower) ":" #title
180 enum { DIFFLIST(ENUM) DIFF_MAX };
181 static char const *const diffnames[] = { DIFFLIST(TITLE) };
182 static char const diffchars[] = DIFFLIST(ENCODE);
183 #define DIFFCONFIG DIFFLIST(CONFIG)
184
185 /*
186  * Solver routines, sorted roughly in order of computational cost.
187  * The solver will run the faster deductions first, and slower deductions are
188  * only invoked when the faster deductions are unable to make progress.
189  * Each function is associated with a difficulty level, so that the generated
190  * puzzles are solvable by applying only the functions with the chosen
191  * difficulty level or lower.
192  */
193 #define SOLVERLIST(A) \
194     A(trivial_deductions, DIFF_EASY) \
195     A(dline_deductions, DIFF_NORMAL) \
196     A(linedsf_deductions, DIFF_HARD) \
197     A(loop_deductions, DIFF_EASY)
198 #define SOLVER_FN_DECL(fn,diff) static int fn(solver_state *);
199 #define SOLVER_FN(fn,diff) &fn,
200 #define SOLVER_DIFF(fn,diff) diff,
201 SOLVERLIST(SOLVER_FN_DECL)
202 static int (*(solver_fns[]))(solver_state *) = { SOLVERLIST(SOLVER_FN) };
203 static int const solver_diffs[] = { SOLVERLIST(SOLVER_DIFF) };
204 const int NUM_SOLVERS = sizeof(solver_diffs)/sizeof(*solver_diffs);
205
206 struct game_params {
207     int w, h;
208     int diff;
209     int type;
210
211     /* Grid generation is expensive, so keep a (ref-counted) reference to the
212      * grid for these parameters, and only generate when required. */
213     grid *game_grid;
214 };
215
216 /* line_drawstate is the same as line_state, but with the extra ERROR
217  * possibility.  The drawing code copies line_state to line_drawstate,
218  * except in the case that the line is an error. */
219 enum line_state { LINE_YES, LINE_UNKNOWN, LINE_NO };
220 enum line_drawstate { DS_LINE_YES, DS_LINE_UNKNOWN,
221                       DS_LINE_NO, DS_LINE_ERROR };
222
223 #define OPP(line_state) \
224     (2 - line_state)
225
226
227 struct game_drawstate {
228     int started;
229     int tilesize;
230     int flashing;
231     int *textx, *texty;
232     char *lines;
233     char *clue_error;
234     char *clue_satisfied;
235 };
236
237 static char *validate_desc(game_params *params, char *desc);
238 static int dot_order(const game_state* state, int i, char line_type);
239 static int face_order(const game_state* state, int i, char line_type);
240 static solver_state *solve_game_rec(const solver_state *sstate);
241
242 #ifdef DEBUG_CACHES
243 static void check_caches(const solver_state* sstate);
244 #else
245 #define check_caches(s)
246 #endif
247
248 /* ------- List of grid generators ------- */
249 #define GRIDLIST(A) \
250     A(Squares,grid_new_square,3,3) \
251     A(Triangular,grid_new_triangular,3,3) \
252     A(Honeycomb,grid_new_honeycomb,3,3) \
253     A(Snub-Square,grid_new_snubsquare,3,3) \
254     A(Cairo,grid_new_cairo,3,4) \
255     A(Great-Hexagonal,grid_new_greathexagonal,3,3) \
256     A(Octagonal,grid_new_octagonal,3,3) \
257     A(Kites,grid_new_kites,3,3) \
258     A(Floret,grid_new_floret,1,2) \
259     A(Dodecagonal,grid_new_dodecagonal,2,2) \
260     A(Great-Dodecagonal,grid_new_greatdodecagonal,2,2)
261
262 #define GRID_NAME(title,fn,amin,omin) #title,
263 #define GRID_CONFIG(title,fn,amin,omin) ":" #title
264 #define GRID_FN(title,fn,amin,omin) &fn,
265 #define GRID_SIZES(title,fn,amin,omin) \
266     {amin, omin, \
267      "Width and height for this grid type must both be at least " #amin, \
268      "At least one of width and height for this grid type must be at least " #omin,},
269 static char const *const gridnames[] = { GRIDLIST(GRID_NAME) };
270 #define GRID_CONFIGS GRIDLIST(GRID_CONFIG)
271 static grid * (*(grid_fns[]))(int w, int h) = { GRIDLIST(GRID_FN) };
272 #define NUM_GRID_TYPES (sizeof(grid_fns) / sizeof(grid_fns[0]))
273 static const struct {
274     int amin, omin;
275     char *aerr, *oerr;
276 } grid_size_limits[] = { GRIDLIST(GRID_SIZES) };
277
278 /* Generates a (dynamically allocated) new grid, according to the
279  * type and size requested in params.  Does nothing if the grid is already
280  * generated.  The allocated grid is owned by the params object, and will be
281  * freed in free_params(). */
282 static void params_generate_grid(game_params *params)
283 {
284     if (!params->game_grid) {
285         params->game_grid = grid_fns[params->type](params->w, params->h);
286     }
287 }
288
289 /* ----------------------------------------------------------------------
290  * Preprocessor magic
291  */
292
293 /* General constants */
294 #define PREFERRED_TILE_SIZE 32
295 #define BORDER(tilesize) ((tilesize) / 2)
296 #define FLASH_TIME 0.5F
297
298 #define BIT_SET(field, bit) ((field) & (1<<(bit)))
299
300 #define SET_BIT(field, bit)  (BIT_SET(field, bit) ? FALSE : \
301                               ((field) |= (1<<(bit)), TRUE))
302
303 #define CLEAR_BIT(field, bit) (BIT_SET(field, bit) ? \
304                                ((field) &= ~(1<<(bit)), TRUE) : FALSE)
305
306 #define CLUE2CHAR(c) \
307     ((c < 0) ? ' ' : c < 10 ? c + '0' : c - 10 + 'A')
308
309 /* ----------------------------------------------------------------------
310  * General struct manipulation and other straightforward code
311  */
312
313 static game_state *dup_game(game_state *state)
314 {
315     game_state *ret = snew(game_state);
316
317     ret->game_grid = state->game_grid;
318     ret->game_grid->refcount++;
319
320     ret->solved = state->solved;
321     ret->cheated = state->cheated;
322
323     ret->clues = snewn(state->game_grid->num_faces, signed char);
324     memcpy(ret->clues, state->clues, state->game_grid->num_faces);
325
326     ret->lines = snewn(state->game_grid->num_edges, char);
327     memcpy(ret->lines, state->lines, state->game_grid->num_edges);
328
329     ret->line_errors = snewn(state->game_grid->num_edges, unsigned char);
330     memcpy(ret->line_errors, state->line_errors, state->game_grid->num_edges);
331
332     ret->grid_type = state->grid_type;
333     return ret;
334 }
335
336 static void free_game(game_state *state)
337 {
338     if (state) {
339         grid_free(state->game_grid);
340         sfree(state->clues);
341         sfree(state->lines);
342         sfree(state->line_errors);
343         sfree(state);
344     }
345 }
346
347 static solver_state *new_solver_state(game_state *state, int diff) {
348     int i;
349     int num_dots = state->game_grid->num_dots;
350     int num_faces = state->game_grid->num_faces;
351     int num_edges = state->game_grid->num_edges;
352     solver_state *ret = snew(solver_state);
353
354     ret->state = dup_game(state);
355
356     ret->solver_status = SOLVER_INCOMPLETE;
357     ret->diff = diff;
358
359     ret->dotdsf = snew_dsf(num_dots);
360     ret->looplen = snewn(num_dots, int);
361
362     for (i = 0; i < num_dots; i++) {
363         ret->looplen[i] = 1;
364     }
365
366     ret->dot_solved = snewn(num_dots, char);
367     ret->face_solved = snewn(num_faces, char);
368     memset(ret->dot_solved, FALSE, num_dots);
369     memset(ret->face_solved, FALSE, num_faces);
370
371     ret->dot_yes_count = snewn(num_dots, char);
372     memset(ret->dot_yes_count, 0, num_dots);
373     ret->dot_no_count = snewn(num_dots, char);
374     memset(ret->dot_no_count, 0, num_dots);
375     ret->face_yes_count = snewn(num_faces, char);
376     memset(ret->face_yes_count, 0, num_faces);
377     ret->face_no_count = snewn(num_faces, char);
378     memset(ret->face_no_count, 0, num_faces);
379
380     if (diff < DIFF_NORMAL) {
381         ret->dlines = NULL;
382     } else {
383         ret->dlines = snewn(2*num_edges, char);
384         memset(ret->dlines, 0, 2*num_edges);
385     }
386
387     if (diff < DIFF_HARD) {
388         ret->linedsf = NULL;
389     } else {
390         ret->linedsf = snew_dsf(state->game_grid->num_edges);
391     }
392
393     return ret;
394 }
395
396 static void free_solver_state(solver_state *sstate) {
397     if (sstate) {
398         free_game(sstate->state);
399         sfree(sstate->dotdsf);
400         sfree(sstate->looplen);
401         sfree(sstate->dot_solved);
402         sfree(sstate->face_solved);
403         sfree(sstate->dot_yes_count);
404         sfree(sstate->dot_no_count);
405         sfree(sstate->face_yes_count);
406         sfree(sstate->face_no_count);
407
408         /* OK, because sfree(NULL) is a no-op */
409         sfree(sstate->dlines);
410         sfree(sstate->linedsf);
411
412         sfree(sstate);
413     }
414 }
415
416 static solver_state *dup_solver_state(const solver_state *sstate) {
417     game_state *state = sstate->state;
418     int num_dots = state->game_grid->num_dots;
419     int num_faces = state->game_grid->num_faces;
420     int num_edges = state->game_grid->num_edges;
421     solver_state *ret = snew(solver_state);
422
423     ret->state = state = dup_game(sstate->state);
424
425     ret->solver_status = sstate->solver_status;
426     ret->diff = sstate->diff;
427
428     ret->dotdsf = snewn(num_dots, int);
429     ret->looplen = snewn(num_dots, int);
430     memcpy(ret->dotdsf, sstate->dotdsf,
431            num_dots * sizeof(int));
432     memcpy(ret->looplen, sstate->looplen,
433            num_dots * sizeof(int));
434
435     ret->dot_solved = snewn(num_dots, char);
436     ret->face_solved = snewn(num_faces, char);
437     memcpy(ret->dot_solved, sstate->dot_solved, num_dots);
438     memcpy(ret->face_solved, sstate->face_solved, num_faces);
439
440     ret->dot_yes_count = snewn(num_dots, char);
441     memcpy(ret->dot_yes_count, sstate->dot_yes_count, num_dots);
442     ret->dot_no_count = snewn(num_dots, char);
443     memcpy(ret->dot_no_count, sstate->dot_no_count, num_dots);
444
445     ret->face_yes_count = snewn(num_faces, char);
446     memcpy(ret->face_yes_count, sstate->face_yes_count, num_faces);
447     ret->face_no_count = snewn(num_faces, char);
448     memcpy(ret->face_no_count, sstate->face_no_count, num_faces);
449
450     if (sstate->dlines) {
451         ret->dlines = snewn(2*num_edges, char);
452         memcpy(ret->dlines, sstate->dlines,
453                2*num_edges);
454     } else {
455         ret->dlines = NULL;
456     }
457
458     if (sstate->linedsf) {
459         ret->linedsf = snewn(num_edges, int);
460         memcpy(ret->linedsf, sstate->linedsf,
461                num_edges * sizeof(int));
462     } else {
463         ret->linedsf = NULL;
464     }
465
466     return ret;
467 }
468
469 static game_params *default_params(void)
470 {
471     game_params *ret = snew(game_params);
472
473 #ifdef SLOW_SYSTEM
474     ret->h = 7;
475     ret->w = 7;
476 #else
477     ret->h = 10;
478     ret->w = 10;
479 #endif
480     ret->diff = DIFF_EASY;
481     ret->type = 0;
482
483     ret->game_grid = NULL;
484
485     return ret;
486 }
487
488 static game_params *dup_params(game_params *params)
489 {
490     game_params *ret = snew(game_params);
491
492     *ret = *params;                       /* structure copy */
493     if (ret->game_grid) {
494         ret->game_grid->refcount++;
495     }
496     return ret;
497 }
498
499 static const game_params presets[] = {
500 #ifdef SMALL_SCREEN
501     {  7,  7, DIFF_EASY, 0, NULL },
502     {  7,  7, DIFF_NORMAL, 0, NULL },
503     {  7,  7, DIFF_HARD, 0, NULL },
504     {  7,  7, DIFF_HARD, 1, NULL },
505     {  7,  7, DIFF_HARD, 2, NULL },
506     {  5,  5, DIFF_HARD, 3, NULL },
507     {  7,  7, DIFF_HARD, 4, NULL },
508     {  5,  4, DIFF_HARD, 5, NULL },
509     {  5,  5, DIFF_HARD, 6, NULL },
510     {  5,  5, DIFF_HARD, 7, NULL },
511     {  3,  3, DIFF_HARD, 8, NULL },
512     {  3,  3, DIFF_HARD, 9, NULL },
513     {  3,  3, DIFF_HARD, 10, NULL },
514 #else
515     {  7,  7, DIFF_EASY, 0, NULL },
516     {  10,  10, DIFF_EASY, 0, NULL },
517     {  7,  7, DIFF_NORMAL, 0, NULL },
518     {  10,  10, DIFF_NORMAL, 0, NULL },
519     {  7,  7, DIFF_HARD, 0, NULL },
520     {  10,  10, DIFF_HARD, 0, NULL },
521     {  10,  10, DIFF_HARD, 1, NULL },
522     {  12,  10, DIFF_HARD, 2, NULL },
523     {  7,  7, DIFF_HARD, 3, NULL },
524     {  9,  9, DIFF_HARD, 4, NULL },
525     {  5,  4, DIFF_HARD, 5, NULL },
526     {  7,  7, DIFF_HARD, 6, NULL },
527     {  5,  5, DIFF_HARD, 7, NULL },
528     {  5,  5, DIFF_HARD, 8, NULL },
529     {  5,  4, DIFF_HARD, 9, NULL },
530     {  5,  4, DIFF_HARD, 10, NULL },
531 #endif
532 };
533
534 static int game_fetch_preset(int i, char **name, game_params **params)
535 {
536     game_params *tmppar;
537     char buf[80];
538
539     if (i < 0 || i >= lenof(presets))
540         return FALSE;
541
542     tmppar = snew(game_params);
543     *tmppar = presets[i];
544     *params = tmppar;
545     sprintf(buf, "%dx%d %s - %s", tmppar->h, tmppar->w,
546             gridnames[tmppar->type], diffnames[tmppar->diff]);
547     *name = dupstr(buf);
548
549     return TRUE;
550 }
551
552 static void free_params(game_params *params)
553 {
554     if (params->game_grid) {
555         grid_free(params->game_grid);
556     }
557     sfree(params);
558 }
559
560 static void decode_params(game_params *params, char const *string)
561 {
562     if (params->game_grid) {
563         grid_free(params->game_grid);
564         params->game_grid = NULL;
565     }
566     params->h = params->w = atoi(string);
567     params->diff = DIFF_EASY;
568     while (*string && isdigit((unsigned char)*string)) string++;
569     if (*string == 'x') {
570         string++;
571         params->h = atoi(string);
572         while (*string && isdigit((unsigned char)*string)) string++;
573     }
574     if (*string == 't') {
575         string++;
576         params->type = atoi(string);
577         while (*string && isdigit((unsigned char)*string)) string++;
578     }
579     if (*string == 'd') {
580         int i;
581         string++;
582         for (i = 0; i < DIFF_MAX; i++)
583             if (*string == diffchars[i])
584                 params->diff = i;
585         if (*string) string++;
586     }
587 }
588
589 static char *encode_params(game_params *params, int full)
590 {
591     char str[80];
592     sprintf(str, "%dx%dt%d", params->w, params->h, params->type);
593     if (full)
594         sprintf(str + strlen(str), "d%c", diffchars[params->diff]);
595     return dupstr(str);
596 }
597
598 static config_item *game_configure(game_params *params)
599 {
600     config_item *ret;
601     char buf[80];
602
603     ret = snewn(5, config_item);
604
605     ret[0].name = "Width";
606     ret[0].type = C_STRING;
607     sprintf(buf, "%d", params->w);
608     ret[0].sval = dupstr(buf);
609     ret[0].ival = 0;
610
611     ret[1].name = "Height";
612     ret[1].type = C_STRING;
613     sprintf(buf, "%d", params->h);
614     ret[1].sval = dupstr(buf);
615     ret[1].ival = 0;
616
617     ret[2].name = "Grid type";
618     ret[2].type = C_CHOICES;
619     ret[2].sval = GRID_CONFIGS;
620     ret[2].ival = params->type;
621
622     ret[3].name = "Difficulty";
623     ret[3].type = C_CHOICES;
624     ret[3].sval = DIFFCONFIG;
625     ret[3].ival = params->diff;
626
627     ret[4].name = NULL;
628     ret[4].type = C_END;
629     ret[4].sval = NULL;
630     ret[4].ival = 0;
631
632     return ret;
633 }
634
635 static game_params *custom_params(config_item *cfg)
636 {
637     game_params *ret = snew(game_params);
638
639     ret->w = atoi(cfg[0].sval);
640     ret->h = atoi(cfg[1].sval);
641     ret->type = cfg[2].ival;
642     ret->diff = cfg[3].ival;
643
644     ret->game_grid = NULL;
645     return ret;
646 }
647
648 static char *validate_params(game_params *params, int full)
649 {
650     if (params->type < 0 || params->type >= NUM_GRID_TYPES)
651         return "Illegal grid type";
652     if (params->w < grid_size_limits[params->type].amin ||
653         params->h < grid_size_limits[params->type].amin)
654         return grid_size_limits[params->type].aerr;
655     if (params->w < grid_size_limits[params->type].omin &&
656         params->h < grid_size_limits[params->type].omin)
657         return grid_size_limits[params->type].oerr;
658
659     /*
660      * This shouldn't be able to happen at all, since decode_params
661      * and custom_params will never generate anything that isn't
662      * within range.
663      */
664     assert(params->diff < DIFF_MAX);
665
666     return NULL;
667 }
668
669 /* Returns a newly allocated string describing the current puzzle */
670 static char *state_to_text(const game_state *state)
671 {
672     grid *g = state->game_grid;
673     char *retval;
674     int num_faces = g->num_faces;
675     char *description = snewn(num_faces + 1, char);
676     char *dp = description;
677     int empty_count = 0;
678     int i;
679
680     for (i = 0; i < num_faces; i++) {
681         if (state->clues[i] < 0) {
682             if (empty_count > 25) {
683                 dp += sprintf(dp, "%c", (int)(empty_count + 'a' - 1));
684                 empty_count = 0;
685             }
686             empty_count++;
687         } else {
688             if (empty_count) {
689                 dp += sprintf(dp, "%c", (int)(empty_count + 'a' - 1));
690                 empty_count = 0;
691             }
692             dp += sprintf(dp, "%c", (int)CLUE2CHAR(state->clues[i]));
693         }
694     }
695
696     if (empty_count)
697         dp += sprintf(dp, "%c", (int)(empty_count + 'a' - 1));
698
699     retval = dupstr(description);
700     sfree(description);
701
702     return retval;
703 }
704
705 /* We require that the params pass the test in validate_params and that the
706  * description fills the entire game area */
707 static char *validate_desc(game_params *params, char *desc)
708 {
709     int count = 0;
710     grid *g;
711     params_generate_grid(params);
712     g = params->game_grid;
713
714     for (; *desc; ++desc) {
715         if ((*desc >= '0' && *desc <= '9') || (*desc >= 'A' && *desc <= 'Z')) {
716             count++;
717             continue;
718         }
719         if (*desc >= 'a') {
720             count += *desc - 'a' + 1;
721             continue;
722         }
723         return "Unknown character in description";
724     }
725
726     if (count < g->num_faces)
727         return "Description too short for board size";
728     if (count > g->num_faces)
729         return "Description too long for board size";
730
731     return NULL;
732 }
733
734 /* Sums the lengths of the numbers in range [0,n) */
735 /* See equivalent function in solo.c for justification of this. */
736 static int len_0_to_n(int n)
737 {
738     int len = 1; /* Counting 0 as a bit of a special case */
739     int i;
740
741     for (i = 1; i < n; i *= 10) {
742         len += max(n - i, 0);
743     }
744
745     return len;
746 }
747
748 static char *encode_solve_move(const game_state *state)
749 {
750     int len;
751     char *ret, *p;
752     int i;
753     int num_edges = state->game_grid->num_edges;
754
755     /* This is going to return a string representing the moves needed to set
756      * every line in a grid to be the same as the ones in 'state'.  The exact
757      * length of this string is predictable. */
758
759     len = 1;  /* Count the 'S' prefix */
760     /* Numbers in all lines */
761     len += len_0_to_n(num_edges);
762     /* For each line we also have a letter */
763     len += num_edges;
764
765     ret = snewn(len + 1, char);
766     p = ret;
767
768     p += sprintf(p, "S");
769
770     for (i = 0; i < num_edges; i++) {
771         switch (state->lines[i]) {
772           case LINE_YES:
773             p += sprintf(p, "%dy", i);
774             break;
775           case LINE_NO:
776             p += sprintf(p, "%dn", i);
777             break;
778         }
779     }
780
781     /* No point in doing sums like that if they're going to be wrong */
782     assert(strlen(ret) <= (size_t)len);
783     return ret;
784 }
785
786 static game_ui *new_ui(game_state *state)
787 {
788     return NULL;
789 }
790
791 static void free_ui(game_ui *ui)
792 {
793 }
794
795 static char *encode_ui(game_ui *ui)
796 {
797     return NULL;
798 }
799
800 static void decode_ui(game_ui *ui, char *encoding)
801 {
802 }
803
804 static void game_changed_state(game_ui *ui, game_state *oldstate,
805                                game_state *newstate)
806 {
807 }
808
809 static void game_compute_size(game_params *params, int tilesize,
810                               int *x, int *y)
811 {
812     grid *g;
813     int grid_width, grid_height, rendered_width, rendered_height;
814
815     params_generate_grid(params);
816     g = params->game_grid;
817     grid_width = g->highest_x - g->lowest_x;
818     grid_height = g->highest_y - g->lowest_y;
819     /* multiply first to minimise rounding error on integer division */
820     rendered_width = grid_width * tilesize / g->tilesize;
821     rendered_height = grid_height * tilesize / g->tilesize;
822     *x = rendered_width + 2 * BORDER(tilesize) + 1;
823     *y = rendered_height + 2 * BORDER(tilesize) + 1;
824 }
825
826 static void game_set_size(drawing *dr, game_drawstate *ds,
827                           game_params *params, int tilesize)
828 {
829     ds->tilesize = tilesize;
830 }
831
832 static float *game_colours(frontend *fe, int *ncolours)
833 {
834     float *ret = snewn(4 * NCOLOURS, float);
835
836     frontend_default_colour(fe, &ret[COL_BACKGROUND * 3]);
837
838     ret[COL_FOREGROUND * 3 + 0] = 0.0F;
839     ret[COL_FOREGROUND * 3 + 1] = 0.0F;
840     ret[COL_FOREGROUND * 3 + 2] = 0.0F;
841
842     ret[COL_LINEUNKNOWN * 3 + 0] = 0.8F;
843     ret[COL_LINEUNKNOWN * 3 + 1] = 0.8F;
844     ret[COL_LINEUNKNOWN * 3 + 2] = 0.0F;
845
846     ret[COL_HIGHLIGHT * 3 + 0] = 1.0F;
847     ret[COL_HIGHLIGHT * 3 + 1] = 1.0F;
848     ret[COL_HIGHLIGHT * 3 + 2] = 1.0F;
849
850     ret[COL_MISTAKE * 3 + 0] = 1.0F;
851     ret[COL_MISTAKE * 3 + 1] = 0.0F;
852     ret[COL_MISTAKE * 3 + 2] = 0.0F;
853
854     ret[COL_SATISFIED * 3 + 0] = 0.0F;
855     ret[COL_SATISFIED * 3 + 1] = 0.0F;
856     ret[COL_SATISFIED * 3 + 2] = 0.0F;
857
858     /* We want the faint lines to be a bit darker than the background.
859      * Except if the background is pretty dark already; then it ought to be a
860      * bit lighter.  Oy vey.
861      */
862     ret[COL_FAINT * 3 + 0] = ret[COL_BACKGROUND * 3 + 0] * 0.9F;
863     ret[COL_FAINT * 3 + 1] = ret[COL_BACKGROUND * 3 + 1] * 0.9F;
864     ret[COL_FAINT * 3 + 2] = ret[COL_BACKGROUND * 3 + 2] * 0.9F;
865
866     *ncolours = NCOLOURS;
867     return ret;
868 }
869
870 static game_drawstate *game_new_drawstate(drawing *dr, game_state *state)
871 {
872     struct game_drawstate *ds = snew(struct game_drawstate);
873     int num_faces = state->game_grid->num_faces;
874     int num_edges = state->game_grid->num_edges;
875     int i;
876
877     ds->tilesize = 0;
878     ds->started = 0;
879     ds->lines = snewn(num_edges, char);
880     ds->clue_error = snewn(num_faces, char);
881     ds->clue_satisfied = snewn(num_faces, char);
882     ds->textx = snewn(num_faces, int);
883     ds->texty = snewn(num_faces, int);
884     ds->flashing = 0;
885
886     memset(ds->lines, LINE_UNKNOWN, num_edges);
887     memset(ds->clue_error, 0, num_faces);
888     memset(ds->clue_satisfied, 0, num_faces);
889     for (i = 0; i < num_faces; i++)
890         ds->textx[i] = ds->texty[i] = -1;
891
892     return ds;
893 }
894
895 static void game_free_drawstate(drawing *dr, game_drawstate *ds)
896 {
897     sfree(ds->clue_error);
898     sfree(ds->clue_satisfied);
899     sfree(ds->lines);
900     sfree(ds);
901 }
902
903 static int game_timing_state(game_state *state, game_ui *ui)
904 {
905     return TRUE;
906 }
907
908 static float game_anim_length(game_state *oldstate, game_state *newstate,
909                               int dir, game_ui *ui)
910 {
911     return 0.0F;
912 }
913
914 static int game_can_format_as_text_now(game_params *params)
915 {
916     if (params->type != 0)
917         return FALSE;
918     return TRUE;
919 }
920
921 static char *game_text_format(game_state *state)
922 {
923     int w, h, W, H;
924     int x, y, i;
925     int cell_size;
926     char *ret;
927     grid *g = state->game_grid;
928     grid_face *f;
929
930     assert(state->grid_type == 0);
931
932     /* Work out the basic size unit */
933     f = g->faces; /* first face */
934     assert(f->order == 4);
935     /* The dots are ordered clockwise, so the two opposite
936      * corners are guaranteed to span the square */
937     cell_size = abs(f->dots[0]->x - f->dots[2]->x);
938
939     w = (g->highest_x - g->lowest_x) / cell_size;
940     h = (g->highest_y - g->lowest_y) / cell_size;
941
942     /* Create a blank "canvas" to "draw" on */
943     W = 2 * w + 2;
944     H = 2 * h + 1;
945     ret = snewn(W * H + 1, char);
946     for (y = 0; y < H; y++) {
947         for (x = 0; x < W-1; x++) {
948             ret[y*W + x] = ' ';
949         }
950         ret[y*W + W-1] = '\n';
951     }
952     ret[H*W] = '\0';
953
954     /* Fill in edge info */
955     for (i = 0; i < g->num_edges; i++) {
956         grid_edge *e = g->edges + i;
957         /* Cell coordinates, from (0,0) to (w-1,h-1) */
958         int x1 = (e->dot1->x - g->lowest_x) / cell_size;
959         int x2 = (e->dot2->x - g->lowest_x) / cell_size;
960         int y1 = (e->dot1->y - g->lowest_y) / cell_size;
961         int y2 = (e->dot2->y - g->lowest_y) / cell_size;
962         /* Midpoint, in canvas coordinates (canvas coordinates are just twice
963          * cell coordinates) */
964         x = x1 + x2;
965         y = y1 + y2;
966         switch (state->lines[i]) {
967           case LINE_YES:
968             ret[y*W + x] = (y1 == y2) ? '-' : '|';
969             break;
970           case LINE_NO:
971             ret[y*W + x] = 'x';
972             break;
973           case LINE_UNKNOWN:
974             break; /* already a space */
975           default:
976             assert(!"Illegal line state");
977         }
978     }
979
980     /* Fill in clues */
981     for (i = 0; i < g->num_faces; i++) {
982         int x1, x2, y1, y2;
983
984         f = g->faces + i;
985         assert(f->order == 4);
986         /* Cell coordinates, from (0,0) to (w-1,h-1) */
987         x1 = (f->dots[0]->x - g->lowest_x) / cell_size;
988         x2 = (f->dots[2]->x - g->lowest_x) / cell_size;
989         y1 = (f->dots[0]->y - g->lowest_y) / cell_size;
990         y2 = (f->dots[2]->y - g->lowest_y) / cell_size;
991         /* Midpoint, in canvas coordinates */
992         x = x1 + x2;
993         y = y1 + y2;
994         ret[y*W + x] = CLUE2CHAR(state->clues[i]);
995     }
996     return ret;
997 }
998
999 /* ----------------------------------------------------------------------
1000  * Debug code
1001  */
1002
1003 #ifdef DEBUG_CACHES
1004 static void check_caches(const solver_state* sstate)
1005 {
1006     int i;
1007     const game_state *state = sstate->state;
1008     const grid *g = state->game_grid;
1009
1010     for (i = 0; i < g->num_dots; i++) {
1011         assert(dot_order(state, i, LINE_YES) == sstate->dot_yes_count[i]);
1012         assert(dot_order(state, i, LINE_NO) == sstate->dot_no_count[i]);
1013     }
1014
1015     for (i = 0; i < g->num_faces; i++) {
1016         assert(face_order(state, i, LINE_YES) == sstate->face_yes_count[i]);
1017         assert(face_order(state, i, LINE_NO) == sstate->face_no_count[i]);
1018     }
1019 }
1020
1021 #if 0
1022 #define check_caches(s) \
1023     do { \
1024         fprintf(stderr, "check_caches at line %d\n", __LINE__); \
1025         check_caches(s); \
1026     } while (0)
1027 #endif
1028 #endif /* DEBUG_CACHES */
1029
1030 /* ----------------------------------------------------------------------
1031  * Solver utility functions
1032  */
1033
1034 /* Sets the line (with index i) to the new state 'line_new', and updates
1035  * the cached counts of any affected faces and dots.
1036  * Returns TRUE if this actually changed the line's state. */
1037 static int solver_set_line(solver_state *sstate, int i,
1038                            enum line_state line_new
1039 #ifdef SHOW_WORKING
1040                            , const char *reason
1041 #endif
1042                            )
1043 {
1044     game_state *state = sstate->state;
1045     grid *g;
1046     grid_edge *e;
1047
1048     assert(line_new != LINE_UNKNOWN);
1049
1050     check_caches(sstate);
1051
1052     if (state->lines[i] == line_new) {
1053         return FALSE; /* nothing changed */
1054     }
1055     state->lines[i] = line_new;
1056
1057 #ifdef SHOW_WORKING
1058     fprintf(stderr, "solver: set line [%d] to %s (%s)\n",
1059             i, line_new == LINE_YES ? "YES" : "NO",
1060             reason);
1061 #endif
1062
1063     g = state->game_grid;
1064     e = g->edges + i;
1065
1066     /* Update the cache for both dots and both faces affected by this. */
1067     if (line_new == LINE_YES) {
1068         sstate->dot_yes_count[e->dot1 - g->dots]++;
1069         sstate->dot_yes_count[e->dot2 - g->dots]++;
1070         if (e->face1) {
1071             sstate->face_yes_count[e->face1 - g->faces]++;
1072         }
1073         if (e->face2) {
1074             sstate->face_yes_count[e->face2 - g->faces]++;
1075         }
1076     } else {
1077         sstate->dot_no_count[e->dot1 - g->dots]++;
1078         sstate->dot_no_count[e->dot2 - g->dots]++;
1079         if (e->face1) {
1080             sstate->face_no_count[e->face1 - g->faces]++;
1081         }
1082         if (e->face2) {
1083             sstate->face_no_count[e->face2 - g->faces]++;
1084         }
1085     }
1086
1087     check_caches(sstate);
1088     return TRUE;
1089 }
1090
1091 #ifdef SHOW_WORKING
1092 #define solver_set_line(a, b, c) \
1093     solver_set_line(a, b, c, __FUNCTION__)
1094 #endif
1095
1096 /*
1097  * Merge two dots due to the existence of an edge between them.
1098  * Updates the dsf tracking equivalence classes, and keeps track of
1099  * the length of path each dot is currently a part of.
1100  * Returns TRUE if the dots were already linked, ie if they are part of a
1101  * closed loop, and false otherwise.
1102  */
1103 static int merge_dots(solver_state *sstate, int edge_index)
1104 {
1105     int i, j, len;
1106     grid *g = sstate->state->game_grid;
1107     grid_edge *e = g->edges + edge_index;
1108
1109     i = e->dot1 - g->dots;
1110     j = e->dot2 - g->dots;
1111
1112     i = dsf_canonify(sstate->dotdsf, i);
1113     j = dsf_canonify(sstate->dotdsf, j);
1114
1115     if (i == j) {
1116         return TRUE;
1117     } else {
1118         len = sstate->looplen[i] + sstate->looplen[j];
1119         dsf_merge(sstate->dotdsf, i, j);
1120         i = dsf_canonify(sstate->dotdsf, i);
1121         sstate->looplen[i] = len;
1122         return FALSE;
1123     }
1124 }
1125
1126 /* Merge two lines because the solver has deduced that they must be either
1127  * identical or opposite.   Returns TRUE if this is new information, otherwise
1128  * FALSE. */
1129 static int merge_lines(solver_state *sstate, int i, int j, int inverse
1130 #ifdef SHOW_WORKING
1131                        , const char *reason
1132 #endif
1133                        )
1134 {
1135     int inv_tmp;
1136
1137     assert(i < sstate->state->game_grid->num_edges);
1138     assert(j < sstate->state->game_grid->num_edges);
1139
1140     i = edsf_canonify(sstate->linedsf, i, &inv_tmp);
1141     inverse ^= inv_tmp;
1142     j = edsf_canonify(sstate->linedsf, j, &inv_tmp);
1143     inverse ^= inv_tmp;
1144
1145     edsf_merge(sstate->linedsf, i, j, inverse);
1146
1147 #ifdef SHOW_WORKING
1148     if (i != j) {
1149         fprintf(stderr, "%s [%d] [%d] %s(%s)\n",
1150                 __FUNCTION__, i, j,
1151                 inverse ? "inverse " : "", reason);
1152     }
1153 #endif
1154     return (i != j);
1155 }
1156
1157 #ifdef SHOW_WORKING
1158 #define merge_lines(a, b, c, d) \
1159     merge_lines(a, b, c, d, __FUNCTION__)
1160 #endif
1161
1162 /* Count the number of lines of a particular type currently going into the
1163  * given dot. */
1164 static int dot_order(const game_state* state, int dot, char line_type)
1165 {
1166     int n = 0;
1167     grid *g = state->game_grid;
1168     grid_dot *d = g->dots + dot;
1169     int i;
1170
1171     for (i = 0; i < d->order; i++) {
1172         grid_edge *e = d->edges[i];
1173         if (state->lines[e - g->edges] == line_type)
1174             ++n;
1175     }
1176     return n;
1177 }
1178
1179 /* Count the number of lines of a particular type currently surrounding the
1180  * given face */
1181 static int face_order(const game_state* state, int face, char line_type)
1182 {
1183     int n = 0;
1184     grid *g = state->game_grid;
1185     grid_face *f = g->faces + face;
1186     int i;
1187
1188     for (i = 0; i < f->order; i++) {
1189         grid_edge *e = f->edges[i];
1190         if (state->lines[e - g->edges] == line_type)
1191             ++n;
1192     }
1193     return n;
1194 }
1195
1196 /* Set all lines bordering a dot of type old_type to type new_type
1197  * Return value tells caller whether this function actually did anything */
1198 static int dot_setall(solver_state *sstate, int dot,
1199                       char old_type, char new_type)
1200 {
1201     int retval = FALSE, r;
1202     game_state *state = sstate->state;
1203     grid *g;
1204     grid_dot *d;
1205     int i;
1206
1207     if (old_type == new_type)
1208         return FALSE;
1209
1210     g = state->game_grid;
1211     d = g->dots + dot;
1212
1213     for (i = 0; i < d->order; i++) {
1214         int line_index = d->edges[i] - g->edges;
1215         if (state->lines[line_index] == old_type) {
1216             r = solver_set_line(sstate, line_index, new_type);
1217             assert(r == TRUE);
1218             retval = TRUE;
1219         }
1220     }
1221     return retval;
1222 }
1223
1224 /* Set all lines bordering a face of type old_type to type new_type */
1225 static int face_setall(solver_state *sstate, int face,
1226                        char old_type, char new_type)
1227 {
1228     int retval = FALSE, r;
1229     game_state *state = sstate->state;
1230     grid *g;
1231     grid_face *f;
1232     int i;
1233
1234     if (old_type == new_type)
1235         return FALSE;
1236
1237     g = state->game_grid;
1238     f = g->faces + face;
1239
1240     for (i = 0; i < f->order; i++) {
1241         int line_index = f->edges[i] - g->edges;
1242         if (state->lines[line_index] == old_type) {
1243             r = solver_set_line(sstate, line_index, new_type);
1244             assert(r == TRUE);
1245             retval = TRUE;
1246         }
1247     }
1248     return retval;
1249 }
1250
1251 /* ----------------------------------------------------------------------
1252  * Loop generation and clue removal
1253  */
1254
1255 /* We're going to store lists of current candidate faces for colouring black
1256  * or white.
1257  * Each face gets a 'score', which tells us how adding that face right
1258  * now would affect the curliness of the solution loop.  We're trying to
1259  * maximise that quantity so will bias our random selection of faces to
1260  * colour those with high scores */
1261 struct face_score {
1262     int white_score;
1263     int black_score;
1264     unsigned long random;
1265     /* No need to store a grid_face* here.  The 'face_scores' array will
1266      * be a list of 'face_score' objects, one for each face of the grid, so
1267      * the position (index) within the 'face_scores' array will determine
1268      * which face corresponds to a particular face_score.
1269      * Having a single 'face_scores' array for all faces simplifies memory
1270      * management, and probably improves performance, because we don't have to 
1271      * malloc/free each individual face_score, and we don't have to maintain
1272      * a mapping from grid_face* pointers to face_score* pointers.
1273      */
1274 };
1275
1276 static int generic_sort_cmpfn(void *v1, void *v2, size_t offset)
1277 {
1278     struct face_score *f1 = v1;
1279     struct face_score *f2 = v2;
1280     int r;
1281
1282     r = *(int *)((char *)f2 + offset) - *(int *)((char *)f1 + offset);
1283     if (r) {
1284         return r;
1285     }
1286
1287     if (f1->random < f2->random)
1288         return -1;
1289     else if (f1->random > f2->random)
1290         return 1;
1291
1292     /*
1293      * It's _just_ possible that two faces might have been given
1294      * the same random value. In that situation, fall back to
1295      * comparing based on the positions within the face_scores list.
1296      * This introduces a tiny directional bias, but not a significant one.
1297      */
1298     return f1 - f2;
1299 }
1300
1301 static int white_sort_cmpfn(void *v1, void *v2)
1302 {
1303     return generic_sort_cmpfn(v1, v2, offsetof(struct face_score,white_score));
1304 }
1305
1306 static int black_sort_cmpfn(void *v1, void *v2)
1307 {
1308     return generic_sort_cmpfn(v1, v2, offsetof(struct face_score,black_score));
1309 }
1310
1311 enum face_colour { FACE_WHITE, FACE_GREY, FACE_BLACK };
1312
1313 /* face should be of type grid_face* here. */
1314 #define FACE_COLOUR(face) \
1315     ( (face) == NULL ? FACE_BLACK : \
1316           board[(face) - g->faces] )
1317
1318 /* 'board' is an array of these enums, indicating which faces are
1319  * currently black/white/grey.  'colour' is FACE_WHITE or FACE_BLACK.
1320  * Returns whether it's legal to colour the given face with this colour. */
1321 static int can_colour_face(grid *g, char* board, int face_index,
1322                            enum face_colour colour)
1323 {
1324     int i, j;
1325     grid_face *test_face = g->faces + face_index;
1326     grid_face *starting_face, *current_face;
1327     grid_dot *starting_dot;
1328     int transitions;
1329     int current_state, s; /* booleans: equal or not-equal to 'colour' */
1330     int found_same_coloured_neighbour = FALSE;
1331     assert(board[face_index] != colour);
1332
1333     /* Can only consider a face for colouring if it's adjacent to a face
1334      * with the same colour. */
1335     for (i = 0; i < test_face->order; i++) {
1336         grid_edge *e = test_face->edges[i];
1337         grid_face *f = (e->face1 == test_face) ? e->face2 : e->face1;
1338         if (FACE_COLOUR(f) == colour) {
1339             found_same_coloured_neighbour = TRUE;
1340             break;
1341         }
1342     }
1343     if (!found_same_coloured_neighbour)
1344         return FALSE;
1345
1346     /* Need to avoid creating a loop of faces of this colour around some
1347      * differently-coloured faces.
1348      * Also need to avoid meeting a same-coloured face at a corner, with
1349      * other-coloured faces in between.  Here's a simple test that (I believe)
1350      * takes care of both these conditions:
1351      *
1352      * Take the circular path formed by this face's edges, and inflate it
1353      * slightly outwards.  Imagine walking around this path and consider
1354      * the faces that you visit in sequence.  This will include all faces
1355      * touching the given face, either along an edge or just at a corner.
1356      * Count the number of 'colour'/not-'colour' transitions you encounter, as
1357      * you walk along the complete loop.  This will obviously turn out to be
1358      * an even number.
1359      * If 0, we're either in the middle of an "island" of this colour (should
1360      * be impossible as we're not supposed to create black or white loops),
1361      * or we're about to start a new island - also not allowed.
1362      * If 4 or greater, there are too many separate coloured regions touching
1363      * this face, and colouring it would create a loop or a corner-violation.
1364      * The only allowed case is when the count is exactly 2. */
1365
1366     /* i points to a dot around the test face.
1367      * j points to a face around the i^th dot.
1368      * The current face will always be:
1369      *     test_face->dots[i]->faces[j]
1370      * We assume dots go clockwise around the test face,
1371      * and faces go clockwise around dots. */
1372
1373     /*
1374      * The end condition is slightly fiddly. In sufficiently strange
1375      * degenerate grids, our test face may be adjacent to the same
1376      * other face multiple times (typically if it's the exterior
1377      * face). Consider this, in particular:
1378      * 
1379      *   +--+
1380      *   |  |
1381      *   +--+--+
1382      *   |  |  |
1383      *   +--+--+
1384      * 
1385      * The bottom left face there is adjacent to the exterior face
1386      * twice, so we can't just terminate our iteration when we reach
1387      * the same _face_ we started at. Furthermore, we can't
1388      * condition on having the same (i,j) pair either, because
1389      * several (i,j) pairs identify the bottom left contiguity with
1390      * the exterior face! We canonicalise the (i,j) pair by taking
1391      * one step around before we set the termination tracking.
1392      */
1393
1394     i = j = 0;
1395     current_face = test_face->dots[0]->faces[0];
1396     if (current_face == test_face) {
1397         j = 1;
1398         current_face = test_face->dots[0]->faces[1];
1399     }
1400     transitions = 0;
1401     current_state = (FACE_COLOUR(current_face) == colour);
1402     starting_dot = NULL;
1403     starting_face = NULL;
1404     while (TRUE) {
1405         /* Advance to next face.
1406          * Need to loop here because it might take several goes to
1407          * find it. */
1408         while (TRUE) {
1409             j++;
1410             if (j == test_face->dots[i]->order)
1411                 j = 0;
1412
1413             if (test_face->dots[i]->faces[j] == test_face) {
1414                 /* Advance to next dot round test_face, then
1415                  * find current_face around new dot
1416                  * and advance to the next face clockwise */
1417                 i++;
1418                 if (i == test_face->order)
1419                     i = 0;
1420                 for (j = 0; j < test_face->dots[i]->order; j++) {
1421                     if (test_face->dots[i]->faces[j] == current_face)
1422                         break;
1423                 }
1424                 /* Must actually find current_face around new dot,
1425                  * or else something's wrong with the grid. */
1426                 assert(j != test_face->dots[i]->order);
1427                 /* Found, so advance to next face and try again */
1428             } else {
1429                 break;
1430             }
1431         }
1432         /* (i,j) are now advanced to next face */
1433         current_face = test_face->dots[i]->faces[j];
1434         s = (FACE_COLOUR(current_face) == colour);
1435         if (!starting_dot) {
1436             starting_dot = test_face->dots[i];
1437             starting_face = current_face;
1438             current_state = s;
1439         } else {
1440             if (s != current_state) {
1441                 ++transitions;
1442                 current_state = s;
1443                 if (transitions > 2)
1444                     break;
1445             }
1446             if (test_face->dots[i] == starting_dot &&
1447                 current_face == starting_face)
1448                 break;
1449         }
1450     }
1451
1452     return (transitions == 2) ? TRUE : FALSE;
1453 }
1454
1455 /* Count the number of neighbours of 'face', having colour 'colour' */
1456 static int face_num_neighbours(grid *g, char *board, grid_face *face,
1457                                enum face_colour colour)
1458 {
1459     int colour_count = 0;
1460     int i;
1461     grid_face *f;
1462     grid_edge *e;
1463     for (i = 0; i < face->order; i++) {
1464         e = face->edges[i];
1465         f = (e->face1 == face) ? e->face2 : e->face1;
1466         if (FACE_COLOUR(f) == colour)
1467             ++colour_count;
1468     }
1469     return colour_count;
1470 }
1471
1472 /* The 'score' of a face reflects its current desirability for selection
1473  * as the next face to colour white or black.  We want to encourage moving
1474  * into grey areas and increasing loopiness, so we give scores according to
1475  * how many of the face's neighbours are currently coloured the same as the
1476  * proposed colour. */
1477 static int face_score(grid *g, char *board, grid_face *face,
1478                       enum face_colour colour)
1479 {
1480     /* Simple formula: score = 0 - num. same-coloured neighbours,
1481      * so a higher score means fewer same-coloured neighbours. */
1482     return -face_num_neighbours(g, board, face, colour);
1483 }
1484
1485 /* Generate a new complete set of clues for the given game_state.
1486  * The method is to generate a WHITE/BLACK colouring of all the faces,
1487  * such that the WHITE faces will define the inside of the path, and the
1488  * BLACK faces define the outside.
1489  * To do this, we initially colour all faces GREY.  The infinite space outside
1490  * the grid is coloured BLACK, and we choose a random face to colour WHITE.
1491  * Then we gradually grow the BLACK and the WHITE regions, eliminating GREY
1492  * faces, until the grid is filled with BLACK/WHITE.  As we grow the regions,
1493  * we avoid creating loops of a single colour, to preserve the topological
1494  * shape of the WHITE and BLACK regions.
1495  * We also try to make the boundary as loopy and twisty as possible, to avoid
1496  * generating paths that are uninteresting.
1497  * The algorithm works by choosing a BLACK/WHITE colour, then choosing a GREY
1498  * face that can be coloured with that colour (without violating the
1499  * topological shape of that region).  It's not obvious, but I think this
1500  * algorithm is guaranteed to terminate without leaving any GREY faces behind.
1501  * Indeed, if there are any GREY faces at all, both the WHITE and BLACK
1502  * regions can be grown.
1503  * This is checked using assert()ions, and I haven't seen any failures yet.
1504  *
1505  * Hand-wavy proof: imagine what can go wrong...
1506  *
1507  * Could the white faces get completely cut off by the black faces, and still
1508  * leave some grey faces remaining?
1509  * No, because then the black faces would form a loop around both the white
1510  * faces and the grey faces, which is disallowed because we continually
1511  * maintain the correct topological shape of the black region.
1512  * Similarly, the black faces can never get cut off by the white faces.  That
1513  * means both the WHITE and BLACK regions always have some room to grow into
1514  * the GREY regions.
1515  * Could it be that we can't colour some GREY face, because there are too many
1516  * WHITE/BLACK transitions as we walk round the face? (see the
1517  * can_colour_face() function for details)
1518  * No.  Imagine otherwise, and we see WHITE/BLACK/WHITE/BLACK as we walk
1519  * around the face.  The two WHITE faces would be connected by a WHITE path,
1520  * and the BLACK faces would be connected by a BLACK path.  These paths would
1521  * have to cross, which is impossible.
1522  * Another thing that could go wrong: perhaps we can't find any GREY face to
1523  * colour WHITE, because it would create a loop-violation or a corner-violation
1524  * with the other WHITE faces?
1525  * This is a little bit tricky to prove impossible.  Imagine you have such a
1526  * GREY face (that is, if you coloured it WHITE, you would create a WHITE loop
1527  * or corner violation).
1528  * That would cut all the non-white area into two blobs.  One of those blobs
1529  * must be free of BLACK faces (because the BLACK stuff is a connected blob).
1530  * So we have a connected GREY area, completely surrounded by WHITE
1531  * (including the GREY face we've tentatively coloured WHITE).
1532  * A well-known result in graph theory says that you can always find a GREY
1533  * face whose removal leaves the remaining GREY area connected.  And it says
1534  * there are at least two such faces, so we can always choose the one that
1535  * isn't the "tentative" GREY face.  Colouring that face WHITE leaves
1536  * everything nice and connected, including that "tentative" GREY face which
1537  * acts as a gateway to the rest of the non-WHITE grid.
1538  */
1539 static void add_full_clues(game_state *state, random_state *rs)
1540 {
1541     signed char *clues = state->clues;
1542     char *board;
1543     grid *g = state->game_grid;
1544     int i, j;
1545     int num_faces = g->num_faces;
1546     struct face_score *face_scores; /* Array of face_score objects */
1547     struct face_score *fs; /* Points somewhere in the above list */
1548     struct grid_face *cur_face;
1549     tree234 *lightable_faces_sorted;
1550     tree234 *darkable_faces_sorted;
1551     int *face_list;
1552     int do_random_pass;
1553
1554     board = snewn(num_faces, char);
1555
1556     /* Make a board */
1557     memset(board, FACE_GREY, num_faces);
1558     
1559     /* Create and initialise the list of face_scores */
1560     face_scores = snewn(num_faces, struct face_score);
1561     for (i = 0; i < num_faces; i++) {
1562         face_scores[i].random = random_bits(rs, 31);
1563         face_scores[i].black_score = face_scores[i].white_score = 0;
1564     }
1565     
1566     /* Colour a random, finite face white.  The infinite face is implicitly
1567      * coloured black.  Together, they will seed the random growth process
1568      * for the black and white areas. */
1569     i = random_upto(rs, num_faces);
1570     board[i] = FACE_WHITE;
1571
1572     /* We need a way of favouring faces that will increase our loopiness.
1573      * We do this by maintaining a list of all candidate faces sorted by
1574      * their score and choose randomly from that with appropriate skew.
1575      * In order to avoid consistently biasing towards particular faces, we
1576      * need the sort order _within_ each group of scores to be completely
1577      * random.  But it would be abusing the hospitality of the tree234 data
1578      * structure if our comparison function were nondeterministic :-).  So with
1579      * each face we associate a random number that does not change during a
1580      * particular run of the generator, and use that as a secondary sort key.
1581      * Yes, this means we will be biased towards particular random faces in
1582      * any one run but that doesn't actually matter. */
1583
1584     lightable_faces_sorted = newtree234(white_sort_cmpfn);
1585     darkable_faces_sorted = newtree234(black_sort_cmpfn);
1586
1587     /* Initialise the lists of lightable and darkable faces.  This is
1588      * slightly different from the code inside the while-loop, because we need
1589      * to check every face of the board (the grid structure does not keep a
1590      * list of the infinite face's neighbours). */
1591     for (i = 0; i < num_faces; i++) {
1592         grid_face *f = g->faces + i;
1593         struct face_score *fs = face_scores + i;
1594         if (board[i] != FACE_GREY) continue;
1595         /* We need the full colourability check here, it's not enough simply
1596          * to check neighbourhood.  On some grids, a neighbour of the infinite
1597          * face is not necessarily darkable. */
1598         if (can_colour_face(g, board, i, FACE_BLACK)) {
1599             fs->black_score = face_score(g, board, f, FACE_BLACK);
1600             add234(darkable_faces_sorted, fs);
1601         }
1602         if (can_colour_face(g, board, i, FACE_WHITE)) {
1603             fs->white_score = face_score(g, board, f, FACE_WHITE);
1604             add234(lightable_faces_sorted, fs);
1605         }
1606     }
1607
1608     /* Colour faces one at a time until no more faces are colourable. */
1609     while (TRUE)
1610     {
1611         enum face_colour colour;
1612         struct face_score *fs_white, *fs_black;
1613         int c_lightable = count234(lightable_faces_sorted);
1614         int c_darkable = count234(darkable_faces_sorted);
1615         if (c_lightable == 0 && c_darkable == 0) {
1616             /* No more faces we can use at all. */
1617             break;
1618         }
1619         assert(c_lightable != 0 && c_darkable != 0);
1620
1621         fs_white = (struct face_score *)index234(lightable_faces_sorted, 0);
1622         fs_black = (struct face_score *)index234(darkable_faces_sorted, 0);
1623
1624         /* Choose a colour, and colour the best available face
1625          * with that colour. */
1626         colour = random_upto(rs, 2) ? FACE_WHITE : FACE_BLACK;
1627
1628         if (colour == FACE_WHITE)
1629             fs = fs_white;
1630         else
1631             fs = fs_black;
1632         assert(fs);
1633         i = fs - face_scores;
1634         assert(board[i] == FACE_GREY);
1635         board[i] = colour;
1636
1637         /* Remove this newly-coloured face from the lists.  These lists should
1638          * only contain grey faces. */
1639         del234(lightable_faces_sorted, fs);
1640         del234(darkable_faces_sorted, fs);
1641
1642         /* Remember which face we've just coloured */
1643         cur_face = g->faces + i;
1644
1645         /* The face we've just coloured potentially affects the colourability
1646          * and the scores of any neighbouring faces (touching at a corner or
1647          * edge).  So the search needs to be conducted around all faces
1648          * touching the one we've just lit.  Iterate over its corners, then
1649          * over each corner's faces.  For each such face, we remove it from
1650          * the lists, recalculate any scores, then add it back to the lists
1651          * (depending on whether it is lightable, darkable or both). */
1652         for (i = 0; i < cur_face->order; i++) {
1653             grid_dot *d = cur_face->dots[i];
1654             for (j = 0; j < d->order; j++) {
1655                 grid_face *f = d->faces[j];
1656                 int fi; /* face index of f */
1657
1658                 if (f == NULL)
1659                     continue;
1660                 if (f == cur_face)
1661                     continue;
1662                 
1663                 /* If the face is already coloured, it won't be on our
1664                  * lightable/darkable lists anyway, so we can skip it without 
1665                  * bothering with the removal step. */
1666                 if (FACE_COLOUR(f) != FACE_GREY) continue; 
1667
1668                 /* Find the face index and face_score* corresponding to f */
1669                 fi = f - g->faces;                
1670                 fs = face_scores + fi;
1671
1672                 /* Remove from lightable list if it's in there.  We do this,
1673                  * even if it is still lightable, because the score might
1674                  * be different, and we need to remove-then-add to maintain
1675                  * correct sort order. */
1676                 del234(lightable_faces_sorted, fs);
1677                 if (can_colour_face(g, board, fi, FACE_WHITE)) {
1678                     fs->white_score = face_score(g, board, f, FACE_WHITE);
1679                     add234(lightable_faces_sorted, fs);
1680                 }
1681                 /* Do the same for darkable list. */
1682                 del234(darkable_faces_sorted, fs);
1683                 if (can_colour_face(g, board, fi, FACE_BLACK)) {
1684                     fs->black_score = face_score(g, board, f, FACE_BLACK);
1685                     add234(darkable_faces_sorted, fs);
1686                 }
1687             }
1688         }
1689     }
1690
1691     /* Clean up */
1692     freetree234(lightable_faces_sorted);
1693     freetree234(darkable_faces_sorted);
1694     sfree(face_scores);
1695
1696     /* The next step requires a shuffled list of all faces */
1697     face_list = snewn(num_faces, int);
1698     for (i = 0; i < num_faces; ++i) {
1699         face_list[i] = i;
1700     }
1701     shuffle(face_list, num_faces, sizeof(int), rs);
1702
1703     /* The above loop-generation algorithm can often leave large clumps
1704      * of faces of one colour.  In extreme cases, the resulting path can be 
1705      * degenerate and not very satisfying to solve.
1706      * This next step alleviates this problem:
1707      * Go through the shuffled list, and flip the colour of any face we can
1708      * legally flip, and which is adjacent to only one face of the opposite
1709      * colour - this tends to grow 'tendrils' into any clumps.
1710      * Repeat until we can find no more faces to flip.  This will
1711      * eventually terminate, because each flip increases the loop's
1712      * perimeter, which cannot increase for ever.
1713      * The resulting path will have maximal loopiness (in the sense that it
1714      * cannot be improved "locally".  Unfortunately, this allows a player to
1715      * make some illicit deductions.  To combat this (and make the path more
1716      * interesting), we do one final pass making random flips. */
1717
1718     /* Set to TRUE for final pass */
1719     do_random_pass = FALSE;
1720
1721     while (TRUE) {
1722         /* Remember whether a flip occurred during this pass */
1723         int flipped = FALSE;
1724
1725         for (i = 0; i < num_faces; ++i) {
1726             int j = face_list[i];
1727             enum face_colour opp =
1728                 (board[j] == FACE_WHITE) ? FACE_BLACK : FACE_WHITE;
1729             if (can_colour_face(g, board, j, opp)) {
1730                 grid_face *face = g->faces +j;
1731                 if (do_random_pass) {
1732                     /* final random pass */
1733                     if (!random_upto(rs, 10))
1734                         board[j] = opp;
1735                 } else {
1736                     /* normal pass - flip when neighbour count is 1 */
1737                     if (face_num_neighbours(g, board, face, opp) == 1) {
1738                         board[j] = opp;
1739                         flipped = TRUE;
1740                     }
1741                 }
1742             }
1743         }
1744
1745         if (do_random_pass) break;
1746         if (!flipped) do_random_pass = TRUE;
1747      }
1748
1749     sfree(face_list);
1750
1751     /* Fill out all the clues by initialising to 0, then iterating over
1752      * all edges and incrementing each clue as we find edges that border
1753      * between BLACK/WHITE faces.  While we're at it, we verify that the
1754      * algorithm does work, and there aren't any GREY faces still there. */
1755     memset(clues, 0, num_faces);
1756     for (i = 0; i < g->num_edges; i++) {
1757         grid_edge *e = g->edges + i;
1758         grid_face *f1 = e->face1;
1759         grid_face *f2 = e->face2;
1760         enum face_colour c1 = FACE_COLOUR(f1);
1761         enum face_colour c2 = FACE_COLOUR(f2);
1762         assert(c1 != FACE_GREY);
1763         assert(c2 != FACE_GREY);
1764         if (c1 != c2) {
1765             if (f1) clues[f1 - g->faces]++;
1766             if (f2) clues[f2 - g->faces]++;
1767         }
1768     }
1769
1770     sfree(board);
1771 }
1772
1773
1774 static int game_has_unique_soln(const game_state *state, int diff)
1775 {
1776     int ret;
1777     solver_state *sstate_new;
1778     solver_state *sstate = new_solver_state((game_state *)state, diff);
1779
1780     sstate_new = solve_game_rec(sstate);
1781
1782     assert(sstate_new->solver_status != SOLVER_MISTAKE);
1783     ret = (sstate_new->solver_status == SOLVER_SOLVED);
1784
1785     free_solver_state(sstate_new);
1786     free_solver_state(sstate);
1787
1788     return ret;
1789 }
1790
1791
1792 /* Remove clues one at a time at random. */
1793 static game_state *remove_clues(game_state *state, random_state *rs,
1794                                 int diff)
1795 {
1796     int *face_list;
1797     int num_faces = state->game_grid->num_faces;
1798     game_state *ret = dup_game(state), *saved_ret;
1799     int n;
1800
1801     /* We need to remove some clues.  We'll do this by forming a list of all
1802      * available clues, shuffling it, then going along one at a
1803      * time clearing each clue in turn for which doing so doesn't render the
1804      * board unsolvable. */
1805     face_list = snewn(num_faces, int);
1806     for (n = 0; n < num_faces; ++n) {
1807         face_list[n] = n;
1808     }
1809
1810     shuffle(face_list, num_faces, sizeof(int), rs);
1811
1812     for (n = 0; n < num_faces; ++n) {
1813         saved_ret = dup_game(ret);
1814         ret->clues[face_list[n]] = -1;
1815
1816         if (game_has_unique_soln(ret, diff)) {
1817             free_game(saved_ret);
1818         } else {
1819             free_game(ret);
1820             ret = saved_ret;
1821         }
1822     }
1823     sfree(face_list);
1824
1825     return ret;
1826 }
1827
1828
1829 static char *new_game_desc(game_params *params, random_state *rs,
1830                            char **aux, int interactive)
1831 {
1832     /* solution and description both use run-length encoding in obvious ways */
1833     char *retval;
1834     grid *g;
1835     game_state *state = snew(game_state);
1836     game_state *state_new;
1837     params_generate_grid(params);
1838     state->game_grid = g = params->game_grid;
1839     g->refcount++;
1840     state->clues = snewn(g->num_faces, signed char);
1841     state->lines = snewn(g->num_edges, char);
1842     state->line_errors = snewn(g->num_edges, unsigned char);
1843
1844     state->grid_type = params->type;
1845
1846     newboard_please:
1847
1848     memset(state->lines, LINE_UNKNOWN, g->num_edges);
1849     memset(state->line_errors, 0, g->num_edges);
1850
1851     state->solved = state->cheated = FALSE;
1852
1853     /* Get a new random solvable board with all its clues filled in.  Yes, this
1854      * can loop for ever if the params are suitably unfavourable, but
1855      * preventing games smaller than 4x4 seems to stop this happening */
1856     do {
1857         add_full_clues(state, rs);
1858     } while (!game_has_unique_soln(state, params->diff));
1859
1860     state_new = remove_clues(state, rs, params->diff);
1861     free_game(state);
1862     state = state_new;
1863
1864
1865     if (params->diff > 0 && game_has_unique_soln(state, params->diff-1)) {
1866 #ifdef SHOW_WORKING
1867         fprintf(stderr, "Rejecting board, it is too easy\n");
1868 #endif
1869         goto newboard_please;
1870     }
1871
1872     retval = state_to_text(state);
1873
1874     free_game(state);
1875
1876     assert(!validate_desc(params, retval));
1877
1878     return retval;
1879 }
1880
1881 static game_state *new_game(midend *me, game_params *params, char *desc)
1882 {
1883     int i;
1884     game_state *state = snew(game_state);
1885     int empties_to_make = 0;
1886     int n,n2;
1887     const char *dp = desc;
1888     grid *g;
1889     int num_faces, num_edges;
1890
1891     params_generate_grid(params);
1892     state->game_grid = g = params->game_grid;
1893     g->refcount++;
1894     num_faces = g->num_faces;
1895     num_edges = g->num_edges;
1896
1897     state->clues = snewn(num_faces, signed char);
1898     state->lines = snewn(num_edges, char);
1899     state->line_errors = snewn(num_edges, unsigned char);
1900
1901     state->solved = state->cheated = FALSE;
1902
1903     state->grid_type = params->type;
1904
1905     for (i = 0; i < num_faces; i++) {
1906         if (empties_to_make) {
1907             empties_to_make--;
1908             state->clues[i] = -1;
1909             continue;
1910         }
1911
1912         assert(*dp);
1913         n = *dp - '0';
1914         n2 = *dp - 'A' + 10;
1915         if (n >= 0 && n < 10) {
1916             state->clues[i] = n;
1917         } else if (n2 >= 10 && n2 < 36) {
1918             state->clues[i] = n2;
1919         } else {
1920             n = *dp - 'a' + 1;
1921             assert(n > 0);
1922             state->clues[i] = -1;
1923             empties_to_make = n - 1;
1924         }
1925         ++dp;
1926     }
1927
1928     memset(state->lines, LINE_UNKNOWN, num_edges);
1929     memset(state->line_errors, 0, num_edges);
1930     return state;
1931 }
1932
1933 /* Calculates the line_errors data, and checks if the current state is a
1934  * solution */
1935 static int check_completion(game_state *state)
1936 {
1937     grid *g = state->game_grid;
1938     int *dsf;
1939     int num_faces = g->num_faces;
1940     int i;
1941     int infinite_area, finite_area;
1942     int loops_found = 0;
1943     int found_edge_not_in_loop = FALSE;
1944
1945     memset(state->line_errors, 0, g->num_edges);
1946
1947     /* LL implementation of SGT's idea:
1948      * A loop will partition the grid into an inside and an outside.
1949      * If there is more than one loop, the grid will be partitioned into
1950      * even more distinct regions.  We can therefore track equivalence of
1951      * faces, by saying that two faces are equivalent when there is a non-YES
1952      * edge between them.
1953      * We could keep track of the number of connected components, by counting
1954      * the number of dsf-merges that aren't no-ops.
1955      * But we're only interested in 3 separate cases:
1956      * no loops, one loop, more than one loop.
1957      *
1958      * No loops: all faces are equivalent to the infinite face.
1959      * One loop: only two equivalence classes - finite and infinite.
1960      * >= 2 loops: there are 2 distinct finite regions.
1961      *
1962      * So we simply make two passes through all the edges.
1963      * In the first pass, we dsf-merge the two faces bordering each non-YES
1964      * edge.
1965      * In the second pass, we look for YES-edges bordering:
1966      * a) two non-equivalent faces.
1967      * b) two non-equivalent faces, and one of them is part of a different
1968      *    finite area from the first finite area we've seen.
1969      *
1970      * An occurrence of a) means there is at least one loop.
1971      * An occurrence of b) means there is more than one loop.
1972      * Edges satisfying a) are marked as errors.
1973      *
1974      * While we're at it, we set a flag if we find a YES edge that is not
1975      * part of a loop.
1976      * This information will help decide, if there's a single loop, whether it
1977      * is a candidate for being a solution (that is, all YES edges are part of
1978      * this loop).
1979      *
1980      * If there is a candidate loop, we then go through all clues and check
1981      * they are all satisfied.  If so, we have found a solution and we can
1982      * unmark all line_errors.
1983      */
1984     
1985     /* Infinite face is at the end - its index is num_faces.
1986      * This macro is just to make this obvious! */
1987     #define INF_FACE num_faces
1988     dsf = snewn(num_faces + 1, int);
1989     dsf_init(dsf, num_faces + 1);
1990     
1991     /* First pass */
1992     for (i = 0; i < g->num_edges; i++) {
1993         grid_edge *e = g->edges + i;
1994         int f1 = e->face1 ? e->face1 - g->faces : INF_FACE;
1995         int f2 = e->face2 ? e->face2 - g->faces : INF_FACE;
1996         if (state->lines[i] != LINE_YES)
1997             dsf_merge(dsf, f1, f2);
1998     }
1999     
2000     /* Second pass */
2001     infinite_area = dsf_canonify(dsf, INF_FACE);
2002     finite_area = -1;
2003     for (i = 0; i < g->num_edges; i++) {
2004         grid_edge *e = g->edges + i;
2005         int f1 = e->face1 ? e->face1 - g->faces : INF_FACE;
2006         int can1 = dsf_canonify(dsf, f1);
2007         int f2 = e->face2 ? e->face2 - g->faces : INF_FACE;
2008         int can2 = dsf_canonify(dsf, f2);
2009         if (state->lines[i] != LINE_YES) continue;
2010
2011         if (can1 == can2) {
2012             /* Faces are equivalent, so this edge not part of a loop */
2013             found_edge_not_in_loop = TRUE;
2014             continue;
2015         }
2016         state->line_errors[i] = TRUE;
2017         if (loops_found == 0) loops_found = 1;
2018
2019         /* Don't bother with further checks if we've already found 2 loops */
2020         if (loops_found == 2) continue;
2021
2022         if (finite_area == -1) {
2023             /* Found our first finite area */
2024             if (can1 != infinite_area)
2025                 finite_area = can1;
2026             else
2027                 finite_area = can2;
2028         }
2029
2030         /* Have we found a second area? */
2031         if (finite_area != -1) {
2032             if (can1 != infinite_area && can1 != finite_area) {
2033                 loops_found = 2;
2034                 continue;
2035             }
2036             if (can2 != infinite_area && can2 != finite_area) {
2037                 loops_found = 2;
2038             }
2039         }
2040     }
2041
2042 /*
2043     printf("loops_found = %d\n", loops_found);
2044     printf("found_edge_not_in_loop = %s\n",
2045         found_edge_not_in_loop ? "TRUE" : "FALSE");
2046 */
2047
2048     sfree(dsf); /* No longer need the dsf */
2049     
2050     /* Have we found a candidate loop? */
2051     if (loops_found == 1 && !found_edge_not_in_loop) {
2052         /* Yes, so check all clues are satisfied */
2053         int found_clue_violation = FALSE;
2054         for (i = 0; i < num_faces; i++) {
2055             int c = state->clues[i];
2056             if (c >= 0) {
2057                 if (face_order(state, i, LINE_YES) != c) {
2058                     found_clue_violation = TRUE;
2059                     break;
2060                 }
2061             }
2062         }
2063         
2064         if (!found_clue_violation) {
2065             /* The loop is good */
2066             memset(state->line_errors, 0, g->num_edges);
2067             return TRUE; /* No need to bother checking for dot violations */
2068         }
2069     }
2070
2071     /* Check for dot violations */
2072     for (i = 0; i < g->num_dots; i++) {
2073         int yes = dot_order(state, i, LINE_YES);
2074         int unknown = dot_order(state, i, LINE_UNKNOWN);
2075         if ((yes == 1 && unknown == 0) || (yes >= 3)) {
2076             /* violation, so mark all YES edges as errors */
2077             grid_dot *d = g->dots + i;
2078             int j;
2079             for (j = 0; j < d->order; j++) {
2080                 int e = d->edges[j] - g->edges;
2081                 if (state->lines[e] == LINE_YES)
2082                     state->line_errors[e] = TRUE;
2083             }
2084         }
2085     }
2086     return FALSE;
2087 }
2088
2089 /* ----------------------------------------------------------------------
2090  * Solver logic
2091  *
2092  * Our solver modes operate as follows.  Each mode also uses the modes above it.
2093  *
2094  *   Easy Mode
2095  *   Just implement the rules of the game.
2096  *
2097  *   Normal and Tricky Modes
2098  *   For each (adjacent) pair of lines through each dot we store a bit for
2099  *   whether at least one of them is on and whether at most one is on.  (If we
2100  *   know both or neither is on that's already stored more directly.)
2101  *
2102  *   Advanced Mode
2103  *   Use edsf data structure to make equivalence classes of lines that are
2104  *   known identical to or opposite to one another.
2105  */
2106
2107
2108 /* DLines:
2109  * For general grids, we consider "dlines" to be pairs of lines joined
2110  * at a dot.  The lines must be adjacent around the dot, so we can think of
2111  * a dline as being a dot+face combination.  Or, a dot+edge combination where
2112  * the second edge is taken to be the next clockwise edge from the dot.
2113  * Original loopy code didn't have this extra restriction of the lines being
2114  * adjacent.  From my tests with square grids, this extra restriction seems to
2115  * take little, if anything, away from the quality of the puzzles.
2116  * A dline can be uniquely identified by an edge/dot combination, given that
2117  * a dline-pair always goes clockwise around its common dot.  The edge/dot
2118  * combination can be represented by an edge/bool combination - if bool is
2119  * TRUE, use edge->dot1 else use edge->dot2.  So the total number of dlines is
2120  * exactly twice the number of edges in the grid - although the dlines
2121  * spanning the infinite face are not all that useful to the solver.
2122  * Note that, by convention, a dline goes clockwise around its common dot,
2123  * which means the dline goes anti-clockwise around its common face.
2124  */
2125
2126 /* Helper functions for obtaining an index into an array of dlines, given
2127  * various information.  We assume the grid layout conventions about how
2128  * the various lists are interleaved - see grid_make_consistent() for
2129  * details. */
2130
2131 /* i points to the first edge of the dline pair, reading clockwise around
2132  * the dot. */
2133 static int dline_index_from_dot(grid *g, grid_dot *d, int i)
2134 {
2135     grid_edge *e = d->edges[i];
2136     int ret;
2137 #ifdef DEBUG_DLINES
2138     grid_edge *e2;
2139     int i2 = i+1;
2140     if (i2 == d->order) i2 = 0;
2141     e2 = d->edges[i2];
2142 #endif
2143     ret = 2 * (e - g->edges) + ((e->dot1 == d) ? 1 : 0);
2144 #ifdef DEBUG_DLINES
2145     printf("dline_index_from_dot: d=%d,i=%d, edges [%d,%d] - %d\n",
2146            (int)(d - g->dots), i, (int)(e - g->edges),
2147            (int)(e2 - g->edges), ret);
2148 #endif
2149     return ret;
2150 }
2151 /* i points to the second edge of the dline pair, reading clockwise around
2152  * the face.  That is, the edges of the dline, starting at edge{i}, read
2153  * anti-clockwise around the face.  By layout conventions, the common dot
2154  * of the dline will be f->dots[i] */
2155 static int dline_index_from_face(grid *g, grid_face *f, int i)
2156 {
2157     grid_edge *e = f->edges[i];
2158     grid_dot *d = f->dots[i];
2159     int ret;
2160 #ifdef DEBUG_DLINES
2161     grid_edge *e2;
2162     int i2 = i - 1;
2163     if (i2 < 0) i2 += f->order;
2164     e2 = f->edges[i2];
2165 #endif
2166     ret = 2 * (e - g->edges) + ((e->dot1 == d) ? 1 : 0);
2167 #ifdef DEBUG_DLINES
2168     printf("dline_index_from_face: f=%d,i=%d, edges [%d,%d] - %d\n",
2169            (int)(f - g->faces), i, (int)(e - g->edges),
2170            (int)(e2 - g->edges), ret);
2171 #endif
2172     return ret;
2173 }
2174 static int is_atleastone(const char *dline_array, int index)
2175 {
2176     return BIT_SET(dline_array[index], 0);
2177 }
2178 static int set_atleastone(char *dline_array, int index)
2179 {
2180     return SET_BIT(dline_array[index], 0);
2181 }
2182 static int is_atmostone(const char *dline_array, int index)
2183 {
2184     return BIT_SET(dline_array[index], 1);
2185 }
2186 static int set_atmostone(char *dline_array, int index)
2187 {
2188     return SET_BIT(dline_array[index], 1);
2189 }
2190
2191 static void array_setall(char *array, char from, char to, int len)
2192 {
2193     char *p = array, *p_old = p;
2194     int len_remaining = len;
2195
2196     while ((p = memchr(p, from, len_remaining))) {
2197         *p = to;
2198         len_remaining -= p - p_old;
2199         p_old = p;
2200     }
2201 }
2202
2203 /* Helper, called when doing dline dot deductions, in the case where we
2204  * have 4 UNKNOWNs, and two of them (adjacent) have *exactly* one YES between
2205  * them (because of dline atmostone/atleastone).
2206  * On entry, edge points to the first of these two UNKNOWNs.  This function
2207  * will find the opposite UNKNOWNS (if they are adjacent to one another)
2208  * and set their corresponding dline to atleastone.  (Setting atmostone
2209  * already happens in earlier dline deductions) */
2210 static int dline_set_opp_atleastone(solver_state *sstate,
2211                                     grid_dot *d, int edge)
2212 {
2213     game_state *state = sstate->state;
2214     grid *g = state->game_grid;
2215     int N = d->order;
2216     int opp, opp2;
2217     for (opp = 0; opp < N; opp++) {
2218         int opp_dline_index;
2219         if (opp == edge || opp == edge+1 || opp == edge-1)
2220             continue;
2221         if (opp == 0 && edge == N-1)
2222             continue;
2223         if (opp == N-1 && edge == 0)
2224             continue;
2225         opp2 = opp + 1;
2226         if (opp2 == N) opp2 = 0;
2227         /* Check if opp, opp2 point to LINE_UNKNOWNs */
2228         if (state->lines[d->edges[opp] - g->edges] != LINE_UNKNOWN)
2229             continue;
2230         if (state->lines[d->edges[opp2] - g->edges] != LINE_UNKNOWN)
2231             continue;
2232         /* Found opposite UNKNOWNS and they're next to each other */
2233         opp_dline_index = dline_index_from_dot(g, d, opp);
2234         return set_atleastone(sstate->dlines, opp_dline_index);
2235     }
2236     return FALSE;
2237 }
2238
2239
2240 /* Set pairs of lines around this face which are known to be identical, to
2241  * the given line_state */
2242 static int face_setall_identical(solver_state *sstate, int face_index,
2243                                  enum line_state line_new)
2244 {
2245     /* can[dir] contains the canonical line associated with the line in
2246      * direction dir from the square in question.  Similarly inv[dir] is
2247      * whether or not the line in question is inverse to its canonical
2248      * element. */
2249     int retval = FALSE;
2250     game_state *state = sstate->state;
2251     grid *g = state->game_grid;
2252     grid_face *f = g->faces + face_index;
2253     int N = f->order;
2254     int i, j;
2255     int can1, can2, inv1, inv2;
2256
2257     for (i = 0; i < N; i++) {
2258         int line1_index = f->edges[i] - g->edges;
2259         if (state->lines[line1_index] != LINE_UNKNOWN)
2260             continue;
2261         for (j = i + 1; j < N; j++) {
2262             int line2_index = f->edges[j] - g->edges;
2263             if (state->lines[line2_index] != LINE_UNKNOWN)
2264                 continue;
2265
2266             /* Found two UNKNOWNS */
2267             can1 = edsf_canonify(sstate->linedsf, line1_index, &inv1);
2268             can2 = edsf_canonify(sstate->linedsf, line2_index, &inv2);
2269             if (can1 == can2 && inv1 == inv2) {
2270                 solver_set_line(sstate, line1_index, line_new);
2271                 solver_set_line(sstate, line2_index, line_new);
2272             }
2273         }
2274     }
2275     return retval;
2276 }
2277
2278 /* Given a dot or face, and a count of LINE_UNKNOWNs, find them and
2279  * return the edge indices into e. */
2280 static void find_unknowns(game_state *state,
2281     grid_edge **edge_list, /* Edge list to search (from a face or a dot) */
2282     int expected_count, /* Number of UNKNOWNs (comes from solver's cache) */
2283     int *e /* Returned edge indices */)
2284 {
2285     int c = 0;
2286     grid *g = state->game_grid;
2287     while (c < expected_count) {
2288         int line_index = *edge_list - g->edges;
2289         if (state->lines[line_index] == LINE_UNKNOWN) {
2290             e[c] = line_index;
2291             c++;
2292         }
2293         ++edge_list;
2294     }
2295 }
2296
2297 /* If we have a list of edges, and we know whether the number of YESs should
2298  * be odd or even, and there are only a few UNKNOWNs, we can do some simple
2299  * linedsf deductions.  This can be used for both face and dot deductions.
2300  * Returns the difficulty level of the next solver that should be used,
2301  * or DIFF_MAX if no progress was made. */
2302 static int parity_deductions(solver_state *sstate,
2303     grid_edge **edge_list, /* Edge list (from a face or a dot) */
2304     int total_parity, /* Expected number of YESs modulo 2 (either 0 or 1) */
2305     int unknown_count)
2306 {
2307     game_state *state = sstate->state;
2308     int diff = DIFF_MAX;
2309     int *linedsf = sstate->linedsf;
2310
2311     if (unknown_count == 2) {
2312         /* Lines are known alike/opposite, depending on inv. */
2313         int e[2];
2314         find_unknowns(state, edge_list, 2, e);
2315         if (merge_lines(sstate, e[0], e[1], total_parity))
2316             diff = min(diff, DIFF_HARD);
2317     } else if (unknown_count == 3) {
2318         int e[3];
2319         int can[3]; /* canonical edges */
2320         int inv[3]; /* whether can[x] is inverse to e[x] */
2321         find_unknowns(state, edge_list, 3, e);
2322         can[0] = edsf_canonify(linedsf, e[0], inv);
2323         can[1] = edsf_canonify(linedsf, e[1], inv+1);
2324         can[2] = edsf_canonify(linedsf, e[2], inv+2);
2325         if (can[0] == can[1]) {
2326             if (solver_set_line(sstate, e[2], (total_parity^inv[0]^inv[1]) ?
2327                                 LINE_YES : LINE_NO))
2328                 diff = min(diff, DIFF_EASY);
2329         }
2330         if (can[0] == can[2]) {
2331             if (solver_set_line(sstate, e[1], (total_parity^inv[0]^inv[2]) ?
2332                                 LINE_YES : LINE_NO))
2333                 diff = min(diff, DIFF_EASY);
2334         }
2335         if (can[1] == can[2]) {
2336             if (solver_set_line(sstate, e[0], (total_parity^inv[1]^inv[2]) ?
2337                                 LINE_YES : LINE_NO))
2338                 diff = min(diff, DIFF_EASY);
2339         }
2340     } else if (unknown_count == 4) {
2341         int e[4];
2342         int can[4]; /* canonical edges */
2343         int inv[4]; /* whether can[x] is inverse to e[x] */
2344         find_unknowns(state, edge_list, 4, e);
2345         can[0] = edsf_canonify(linedsf, e[0], inv);
2346         can[1] = edsf_canonify(linedsf, e[1], inv+1);
2347         can[2] = edsf_canonify(linedsf, e[2], inv+2);
2348         can[3] = edsf_canonify(linedsf, e[3], inv+3);
2349         if (can[0] == can[1]) {
2350             if (merge_lines(sstate, e[2], e[3], total_parity^inv[0]^inv[1]))
2351                 diff = min(diff, DIFF_HARD);
2352         } else if (can[0] == can[2]) {
2353             if (merge_lines(sstate, e[1], e[3], total_parity^inv[0]^inv[2]))
2354                 diff = min(diff, DIFF_HARD);
2355         } else if (can[0] == can[3]) {
2356             if (merge_lines(sstate, e[1], e[2], total_parity^inv[0]^inv[3]))
2357                 diff = min(diff, DIFF_HARD);
2358         } else if (can[1] == can[2]) {
2359             if (merge_lines(sstate, e[0], e[3], total_parity^inv[1]^inv[2]))
2360                 diff = min(diff, DIFF_HARD);
2361         } else if (can[1] == can[3]) {
2362             if (merge_lines(sstate, e[0], e[2], total_parity^inv[1]^inv[3]))
2363                 diff = min(diff, DIFF_HARD);
2364         } else if (can[2] == can[3]) {
2365             if (merge_lines(sstate, e[0], e[1], total_parity^inv[2]^inv[3]))
2366                 diff = min(diff, DIFF_HARD);
2367         }
2368     }
2369     return diff;
2370 }
2371
2372
2373 /*
2374  * These are the main solver functions.
2375  *
2376  * Their return values are diff values corresponding to the lowest mode solver
2377  * that would notice the work that they have done.  For example if the normal
2378  * mode solver adds actual lines or crosses, it will return DIFF_EASY as the
2379  * easy mode solver might be able to make progress using that.  It doesn't make
2380  * sense for one of them to return a diff value higher than that of the
2381  * function itself.
2382  *
2383  * Each function returns the lowest value it can, as early as possible, in
2384  * order to try and pass as much work as possible back to the lower level
2385  * solvers which progress more quickly.
2386  */
2387
2388 /* PROPOSED NEW DESIGN:
2389  * We have a work queue consisting of 'events' notifying us that something has
2390  * happened that a particular solver mode might be interested in.  For example
2391  * the hard mode solver might do something that helps the normal mode solver at
2392  * dot [x,y] in which case it will enqueue an event recording this fact.  Then
2393  * we pull events off the work queue, and hand each in turn to the solver that
2394  * is interested in them.  If a solver reports that it failed we pass the same
2395  * event on to progressively more advanced solvers and the loop detector.  Once
2396  * we've exhausted an event, or it has helped us progress, we drop it and
2397  * continue to the next one.  The events are sorted first in order of solver
2398  * complexity (easy first) then order of insertion (oldest first).
2399  * Once we run out of events we loop over each permitted solver in turn
2400  * (easiest first) until either a deduction is made (and an event therefore
2401  * emerges) or no further deductions can be made (in which case we've failed).
2402  *
2403  * QUESTIONS:
2404  *    * How do we 'loop over' a solver when both dots and squares are concerned.
2405  *      Answer: first all squares then all dots.
2406  */
2407
2408 static int trivial_deductions(solver_state *sstate)
2409 {
2410     int i, current_yes, current_no;
2411     game_state *state = sstate->state;
2412     grid *g = state->game_grid;
2413     int diff = DIFF_MAX;
2414
2415     /* Per-face deductions */
2416     for (i = 0; i < g->num_faces; i++) {
2417         grid_face *f = g->faces + i;
2418
2419         if (sstate->face_solved[i])
2420             continue;
2421
2422         current_yes = sstate->face_yes_count[i];
2423         current_no  = sstate->face_no_count[i];
2424
2425         if (current_yes + current_no == f->order)  {
2426             sstate->face_solved[i] = TRUE;
2427             continue;
2428         }
2429
2430         if (state->clues[i] < 0)
2431             continue;
2432
2433         /*
2434          * This code checks whether the numeric clue on a face is so
2435          * large as to permit all its remaining LINE_UNKNOWNs to be
2436          * filled in as LINE_YES, or alternatively so small as to
2437          * permit them all to be filled in as LINE_NO.
2438          */
2439
2440         if (state->clues[i] < current_yes) {
2441             sstate->solver_status = SOLVER_MISTAKE;
2442             return DIFF_EASY;
2443         }
2444         if (state->clues[i] == current_yes) {
2445             if (face_setall(sstate, i, LINE_UNKNOWN, LINE_NO))
2446                 diff = min(diff, DIFF_EASY);
2447             sstate->face_solved[i] = TRUE;
2448             continue;
2449         }
2450
2451         if (f->order - state->clues[i] < current_no) {
2452             sstate->solver_status = SOLVER_MISTAKE;
2453             return DIFF_EASY;
2454         }
2455         if (f->order - state->clues[i] == current_no) {
2456             if (face_setall(sstate, i, LINE_UNKNOWN, LINE_YES))
2457                 diff = min(diff, DIFF_EASY);
2458             sstate->face_solved[i] = TRUE;
2459             continue;
2460         }
2461
2462         if (f->order - state->clues[i] == current_no + 1 &&
2463             f->order - current_yes - current_no > 2) {
2464             /*
2465              * One small refinement to the above: we also look for any
2466              * adjacent pair of LINE_UNKNOWNs around the face with
2467              * some LINE_YES incident on it from elsewhere. If we find
2468              * one, then we know that pair of LINE_UNKNOWNs can't
2469              * _both_ be LINE_YES, and hence that pushes us one line
2470              * closer to being able to determine all the rest.
2471              */
2472             int j, k, e1, e2, e, d;
2473
2474             for (j = 0; j < f->order; j++) {
2475                 e1 = f->edges[j] - g->edges;
2476                 e2 = f->edges[j+1 < f->order ? j+1 : 0] - g->edges;
2477
2478                 if (g->edges[e1].dot1 == g->edges[e2].dot1 ||
2479                     g->edges[e1].dot1 == g->edges[e2].dot2) {
2480                     d = g->edges[e1].dot1 - g->dots;
2481                 } else {
2482                     assert(g->edges[e1].dot2 == g->edges[e2].dot1 ||
2483                            g->edges[e1].dot2 == g->edges[e2].dot2);
2484                     d = g->edges[e1].dot2 - g->dots;
2485                 }
2486
2487                 if (state->lines[e1] == LINE_UNKNOWN &&
2488                     state->lines[e2] == LINE_UNKNOWN) {
2489                     for (k = 0; k < g->dots[d].order; k++) {
2490                         int e = g->dots[d].edges[k] - g->edges;
2491                         if (state->lines[e] == LINE_YES)
2492                             goto found;    /* multi-level break */
2493                     }
2494                 }
2495             }
2496             continue;
2497
2498           found:
2499             /*
2500              * If we get here, we've found such a pair of edges, and
2501              * they're e1 and e2.
2502              */
2503             for (j = 0; j < f->order; j++) {
2504                 e = f->edges[j] - g->edges;
2505                 if (state->lines[e] == LINE_UNKNOWN && e != e1 && e != e2) {
2506                     int r = solver_set_line(sstate, e, LINE_YES);
2507                     assert(r);
2508                     diff = min(diff, DIFF_EASY);
2509                 }
2510             }
2511         }
2512     }
2513
2514     check_caches(sstate);
2515
2516     /* Per-dot deductions */
2517     for (i = 0; i < g->num_dots; i++) {
2518         grid_dot *d = g->dots + i;
2519         int yes, no, unknown;
2520
2521         if (sstate->dot_solved[i])
2522             continue;
2523
2524         yes = sstate->dot_yes_count[i];
2525         no = sstate->dot_no_count[i];
2526         unknown = d->order - yes - no;
2527
2528         if (yes == 0) {
2529             if (unknown == 0) {
2530                 sstate->dot_solved[i] = TRUE;
2531             } else if (unknown == 1) {
2532                 dot_setall(sstate, i, LINE_UNKNOWN, LINE_NO);
2533                 diff = min(diff, DIFF_EASY);
2534                 sstate->dot_solved[i] = TRUE;
2535             }
2536         } else if (yes == 1) {
2537             if (unknown == 0) {
2538                 sstate->solver_status = SOLVER_MISTAKE;
2539                 return DIFF_EASY;
2540             } else if (unknown == 1) {
2541                 dot_setall(sstate, i, LINE_UNKNOWN, LINE_YES);
2542                 diff = min(diff, DIFF_EASY);
2543             }
2544         } else if (yes == 2) {
2545             if (unknown > 0) {
2546                 dot_setall(sstate, i, LINE_UNKNOWN, LINE_NO);
2547                 diff = min(diff, DIFF_EASY);
2548             }
2549             sstate->dot_solved[i] = TRUE;
2550         } else {
2551             sstate->solver_status = SOLVER_MISTAKE;
2552             return DIFF_EASY;
2553         }
2554     }
2555
2556     check_caches(sstate);
2557
2558     return diff;
2559 }
2560
2561 static int dline_deductions(solver_state *sstate)
2562 {
2563     game_state *state = sstate->state;
2564     grid *g = state->game_grid;
2565     char *dlines = sstate->dlines;
2566     int i;
2567     int diff = DIFF_MAX;
2568
2569     /* ------ Face deductions ------ */
2570
2571     /* Given a set of dline atmostone/atleastone constraints, need to figure
2572      * out if we can deduce any further info.  For more general faces than
2573      * squares, this turns out to be a tricky problem.
2574      * The approach taken here is to define (per face) NxN matrices:
2575      * "maxs" and "mins".
2576      * The entries maxs(j,k) and mins(j,k) define the upper and lower limits
2577      * for the possible number of edges that are YES between positions j and k
2578      * going clockwise around the face.  Can think of j and k as marking dots
2579      * around the face (recall the labelling scheme: edge0 joins dot0 to dot1,
2580      * edge1 joins dot1 to dot2 etc).
2581      * Trivially, mins(j,j) = maxs(j,j) = 0, and we don't even bother storing
2582      * these.  mins(j,j+1) and maxs(j,j+1) are determined by whether edge{j}
2583      * is YES, NO or UNKNOWN.  mins(j,j+2) and maxs(j,j+2) are related to
2584      * the dline atmostone/atleastone status for edges j and j+1.
2585      *
2586      * Then we calculate the remaining entries recursively.  We definitely
2587      * know that
2588      * mins(j,k) >= { mins(j,u) + mins(u,k) } for any u between j and k.
2589      * This is because any valid placement of YESs between j and k must give
2590      * a valid placement between j and u, and also between u and k.
2591      * I believe it's sufficient to use just the two values of u:
2592      * j+1 and j+2.  Seems to work well in practice - the bounds we compute
2593      * are rigorous, even if they might not be best-possible.
2594      *
2595      * Once we have maxs and mins calculated, we can make inferences about
2596      * each dline{j,j+1} by looking at the possible complementary edge-counts
2597      * mins(j+2,j) and maxs(j+2,j) and comparing these with the face clue.
2598      * As well as dlines, we can make similar inferences about single edges.
2599      * For example, consider a pentagon with clue 3, and we know at most one
2600      * of (edge0, edge1) is YES, and at most one of (edge2, edge3) is YES.
2601      * We could then deduce edge4 is YES, because maxs(0,4) would be 2, so
2602      * that final edge would have to be YES to make the count up to 3.
2603      */
2604
2605     /* Much quicker to allocate arrays on the stack than the heap, so
2606      * define the largest possible face size, and base our array allocations
2607      * on that.  We check this with an assertion, in case someone decides to
2608      * make a grid which has larger faces than this.  Note, this algorithm
2609      * could get quite expensive if there are many large faces. */
2610 #define MAX_FACE_SIZE 12
2611
2612     for (i = 0; i < g->num_faces; i++) {
2613         int maxs[MAX_FACE_SIZE][MAX_FACE_SIZE];
2614         int mins[MAX_FACE_SIZE][MAX_FACE_SIZE];
2615         grid_face *f = g->faces + i;
2616         int N = f->order;
2617         int j,m;
2618         int clue = state->clues[i];
2619         assert(N <= MAX_FACE_SIZE);
2620         if (sstate->face_solved[i])
2621             continue;
2622         if (clue < 0) continue;
2623
2624         /* Calculate the (j,j+1) entries */
2625         for (j = 0; j < N; j++) {
2626             int edge_index = f->edges[j] - g->edges;
2627             int dline_index;
2628             enum line_state line1 = state->lines[edge_index];
2629             enum line_state line2;
2630             int tmp;
2631             int k = j + 1;
2632             if (k >= N) k = 0;
2633             maxs[j][k] = (line1 == LINE_NO) ? 0 : 1;
2634             mins[j][k] = (line1 == LINE_YES) ? 1 : 0;
2635             /* Calculate the (j,j+2) entries */
2636             dline_index = dline_index_from_face(g, f, k);
2637             edge_index = f->edges[k] - g->edges;
2638             line2 = state->lines[edge_index];
2639             k++;
2640             if (k >= N) k = 0;
2641
2642             /* max */
2643             tmp = 2;
2644             if (line1 == LINE_NO) tmp--;
2645             if (line2 == LINE_NO) tmp--;
2646             if (tmp == 2 && is_atmostone(dlines, dline_index))
2647                 tmp = 1;
2648             maxs[j][k] = tmp;
2649
2650             /* min */
2651             tmp = 0;
2652             if (line1 == LINE_YES) tmp++;
2653             if (line2 == LINE_YES) tmp++;
2654             if (tmp == 0 && is_atleastone(dlines, dline_index))
2655                 tmp = 1;
2656             mins[j][k] = tmp;
2657         }
2658
2659         /* Calculate the (j,j+m) entries for m between 3 and N-1 */
2660         for (m = 3; m < N; m++) {
2661             for (j = 0; j < N; j++) {
2662                 int k = j + m;
2663                 int u = j + 1;
2664                 int v = j + 2;
2665                 int tmp;
2666                 if (k >= N) k -= N;
2667                 if (u >= N) u -= N;
2668                 if (v >= N) v -= N;
2669                 maxs[j][k] = maxs[j][u] + maxs[u][k];
2670                 mins[j][k] = mins[j][u] + mins[u][k];
2671                 tmp = maxs[j][v] + maxs[v][k];
2672                 maxs[j][k] = min(maxs[j][k], tmp);
2673                 tmp = mins[j][v] + mins[v][k];
2674                 mins[j][k] = max(mins[j][k], tmp);
2675             }
2676         }
2677
2678         /* See if we can make any deductions */
2679         for (j = 0; j < N; j++) {
2680             int k;
2681             grid_edge *e = f->edges[j];
2682             int line_index = e - g->edges;
2683             int dline_index;
2684
2685             if (state->lines[line_index] != LINE_UNKNOWN)
2686                 continue;
2687             k = j + 1;
2688             if (k >= N) k = 0;
2689
2690             /* minimum YESs in the complement of this edge */
2691             if (mins[k][j] > clue) {
2692                 sstate->solver_status = SOLVER_MISTAKE;
2693                 return DIFF_EASY;
2694             }
2695             if (mins[k][j] == clue) {
2696                 /* setting this edge to YES would make at least
2697                  * (clue+1) edges - contradiction */
2698                 solver_set_line(sstate, line_index, LINE_NO);
2699                 diff = min(diff, DIFF_EASY);
2700             }
2701             if (maxs[k][j] < clue - 1) {
2702                 sstate->solver_status = SOLVER_MISTAKE;
2703                 return DIFF_EASY;
2704             }
2705             if (maxs[k][j] == clue - 1) {
2706                 /* Only way to satisfy the clue is to set edge{j} as YES */
2707                 solver_set_line(sstate, line_index, LINE_YES);
2708                 diff = min(diff, DIFF_EASY);
2709             }
2710
2711             /* More advanced deduction that allows propagation along diagonal
2712              * chains of faces connected by dots, for example, 3-2-...-2-3
2713              * in square grids. */
2714             if (sstate->diff >= DIFF_TRICKY) {
2715                 /* Now see if we can make dline deduction for edges{j,j+1} */
2716                 e = f->edges[k];
2717                 if (state->lines[e - g->edges] != LINE_UNKNOWN)
2718                     /* Only worth doing this for an UNKNOWN,UNKNOWN pair.
2719                      * Dlines where one of the edges is known, are handled in the
2720                      * dot-deductions */
2721                     continue;
2722     
2723                 dline_index = dline_index_from_face(g, f, k);
2724                 k++;
2725                 if (k >= N) k = 0;
2726     
2727                 /* minimum YESs in the complement of this dline */
2728                 if (mins[k][j] > clue - 2) {
2729                     /* Adding 2 YESs would break the clue */
2730                     if (set_atmostone(dlines, dline_index))
2731                         diff = min(diff, DIFF_NORMAL);
2732                 }
2733                 /* maximum YESs in the complement of this dline */
2734                 if (maxs[k][j] < clue) {
2735                     /* Adding 2 NOs would mean not enough YESs */
2736                     if (set_atleastone(dlines, dline_index))
2737                         diff = min(diff, DIFF_NORMAL);
2738                 }
2739             }
2740         }
2741     }
2742
2743     if (diff < DIFF_NORMAL)
2744         return diff;
2745
2746     /* ------ Dot deductions ------ */
2747
2748     for (i = 0; i < g->num_dots; i++) {
2749         grid_dot *d = g->dots + i;
2750         int N = d->order;
2751         int yes, no, unknown;
2752         int j;
2753         if (sstate->dot_solved[i])
2754             continue;
2755         yes = sstate->dot_yes_count[i];
2756         no = sstate->dot_no_count[i];
2757         unknown = N - yes - no;
2758
2759         for (j = 0; j < N; j++) {
2760             int k;
2761             int dline_index;
2762             int line1_index, line2_index;
2763             enum line_state line1, line2;
2764             k = j + 1;
2765             if (k >= N) k = 0;
2766             dline_index = dline_index_from_dot(g, d, j);
2767             line1_index = d->edges[j] - g->edges;
2768             line2_index = d->edges[k] - g->edges;
2769             line1 = state->lines[line1_index];
2770             line2 = state->lines[line2_index];
2771
2772             /* Infer dline state from line state */
2773             if (line1 == LINE_NO || line2 == LINE_NO) {
2774                 if (set_atmostone(dlines, dline_index))
2775                     diff = min(diff, DIFF_NORMAL);
2776             }
2777             if (line1 == LINE_YES || line2 == LINE_YES) {
2778                 if (set_atleastone(dlines, dline_index))
2779                     diff = min(diff, DIFF_NORMAL);
2780             }
2781             /* Infer line state from dline state */
2782             if (is_atmostone(dlines, dline_index)) {
2783                 if (line1 == LINE_YES && line2 == LINE_UNKNOWN) {
2784                     solver_set_line(sstate, line2_index, LINE_NO);
2785                     diff = min(diff, DIFF_EASY);
2786                 }
2787                 if (line2 == LINE_YES && line1 == LINE_UNKNOWN) {
2788                     solver_set_line(sstate, line1_index, LINE_NO);
2789                     diff = min(diff, DIFF_EASY);
2790                 }
2791             }
2792             if (is_atleastone(dlines, dline_index)) {
2793                 if (line1 == LINE_NO && line2 == LINE_UNKNOWN) {
2794                     solver_set_line(sstate, line2_index, LINE_YES);
2795                     diff = min(diff, DIFF_EASY);
2796                 }
2797                 if (line2 == LINE_NO && line1 == LINE_UNKNOWN) {
2798                     solver_set_line(sstate, line1_index, LINE_YES);
2799                     diff = min(diff, DIFF_EASY);
2800                 }
2801             }
2802             /* Deductions that depend on the numbers of lines.
2803              * Only bother if both lines are UNKNOWN, otherwise the
2804              * easy-mode solver (or deductions above) would have taken
2805              * care of it. */
2806             if (line1 != LINE_UNKNOWN || line2 != LINE_UNKNOWN)
2807                 continue;
2808
2809             if (yes == 0 && unknown == 2) {
2810                 /* Both these unknowns must be identical.  If we know
2811                  * atmostone or atleastone, we can make progress. */
2812                 if (is_atmostone(dlines, dline_index)) {
2813                     solver_set_line(sstate, line1_index, LINE_NO);
2814                     solver_set_line(sstate, line2_index, LINE_NO);
2815                     diff = min(diff, DIFF_EASY);
2816                 }
2817                 if (is_atleastone(dlines, dline_index)) {
2818                     solver_set_line(sstate, line1_index, LINE_YES);
2819                     solver_set_line(sstate, line2_index, LINE_YES);
2820                     diff = min(diff, DIFF_EASY);
2821                 }
2822             }
2823             if (yes == 1) {
2824                 if (set_atmostone(dlines, dline_index))
2825                     diff = min(diff, DIFF_NORMAL);
2826                 if (unknown == 2) {
2827                     if (set_atleastone(dlines, dline_index))
2828                         diff = min(diff, DIFF_NORMAL);
2829                 }
2830             }
2831
2832             /* More advanced deduction that allows propagation along diagonal
2833              * chains of faces connected by dots, for example: 3-2-...-2-3
2834              * in square grids. */
2835             if (sstate->diff >= DIFF_TRICKY) {
2836                 /* If we have atleastone set for this dline, infer
2837                  * atmostone for each "opposite" dline (that is, each
2838                  * dline without edges in common with this one).
2839                  * Again, this test is only worth doing if both these
2840                  * lines are UNKNOWN.  For if one of these lines were YES,
2841                  * the (yes == 1) test above would kick in instead. */
2842                 if (is_atleastone(dlines, dline_index)) {
2843                     int opp;
2844                     for (opp = 0; opp < N; opp++) {
2845                         int opp_dline_index;
2846                         if (opp == j || opp == j+1 || opp == j-1)
2847                             continue;
2848                         if (j == 0 && opp == N-1)
2849                             continue;
2850                         if (j == N-1 && opp == 0)
2851                             continue;
2852                         opp_dline_index = dline_index_from_dot(g, d, opp);
2853                         if (set_atmostone(dlines, opp_dline_index))
2854                             diff = min(diff, DIFF_NORMAL);
2855                     }
2856                     if (yes == 0 && is_atmostone(dlines, dline_index)) {
2857                         /* This dline has *exactly* one YES and there are no
2858                          * other YESs.  This allows more deductions. */
2859                         if (unknown == 3) {
2860                             /* Third unknown must be YES */
2861                             for (opp = 0; opp < N; opp++) {
2862                                 int opp_index;
2863                                 if (opp == j || opp == k)
2864                                     continue;
2865                                 opp_index = d->edges[opp] - g->edges;
2866                                 if (state->lines[opp_index] == LINE_UNKNOWN) {
2867                                     solver_set_line(sstate, opp_index,
2868                                                     LINE_YES);
2869                                     diff = min(diff, DIFF_EASY);
2870                                 }
2871                             }
2872                         } else if (unknown == 4) {
2873                             /* Exactly one of opposite UNKNOWNS is YES.  We've
2874                              * already set atmostone, so set atleastone as
2875                              * well.
2876                              */
2877                             if (dline_set_opp_atleastone(sstate, d, j))
2878                                 diff = min(diff, DIFF_NORMAL);
2879                         }
2880                     }
2881                 }
2882             }
2883         }
2884     }
2885     return diff;
2886 }
2887
2888 static int linedsf_deductions(solver_state *sstate)
2889 {
2890     game_state *state = sstate->state;
2891     grid *g = state->game_grid;
2892     char *dlines = sstate->dlines;
2893     int i;
2894     int diff = DIFF_MAX;
2895     int diff_tmp;
2896
2897     /* ------ Face deductions ------ */
2898
2899     /* A fully-general linedsf deduction seems overly complicated
2900      * (I suspect the problem is NP-complete, though in practice it might just
2901      * be doable because faces are limited in size).
2902      * For simplicity, we only consider *pairs* of LINE_UNKNOWNS that are
2903      * known to be identical.  If setting them both to YES (or NO) would break
2904      * the clue, set them to NO (or YES). */
2905
2906     for (i = 0; i < g->num_faces; i++) {
2907         int N, yes, no, unknown;
2908         int clue;
2909
2910         if (sstate->face_solved[i])
2911             continue;
2912         clue = state->clues[i];
2913         if (clue < 0)
2914             continue;
2915
2916         N = g->faces[i].order;
2917         yes = sstate->face_yes_count[i];
2918         if (yes + 1 == clue) {
2919             if (face_setall_identical(sstate, i, LINE_NO))
2920                 diff = min(diff, DIFF_EASY);
2921         }
2922         no = sstate->face_no_count[i];
2923         if (no + 1 == N - clue) {
2924             if (face_setall_identical(sstate, i, LINE_YES))
2925                 diff = min(diff, DIFF_EASY);
2926         }
2927
2928         /* Reload YES count, it might have changed */
2929         yes = sstate->face_yes_count[i];
2930         unknown = N - no - yes;
2931
2932         /* Deductions with small number of LINE_UNKNOWNs, based on overall
2933          * parity of lines. */
2934         diff_tmp = parity_deductions(sstate, g->faces[i].edges,
2935                                      (clue - yes) % 2, unknown);
2936         diff = min(diff, diff_tmp);
2937     }
2938
2939     /* ------ Dot deductions ------ */
2940     for (i = 0; i < g->num_dots; i++) {
2941         grid_dot *d = g->dots + i;
2942         int N = d->order;
2943         int j;
2944         int yes, no, unknown;
2945         /* Go through dlines, and do any dline<->linedsf deductions wherever
2946          * we find two UNKNOWNS. */
2947         for (j = 0; j < N; j++) {
2948             int dline_index = dline_index_from_dot(g, d, j);
2949             int line1_index;
2950             int line2_index;
2951             int can1, can2, inv1, inv2;
2952             int j2;
2953             line1_index = d->edges[j] - g->edges;
2954             if (state->lines[line1_index] != LINE_UNKNOWN)
2955                 continue;
2956             j2 = j + 1;
2957             if (j2 == N) j2 = 0;
2958             line2_index = d->edges[j2] - g->edges;
2959             if (state->lines[line2_index] != LINE_UNKNOWN)
2960                 continue;
2961             /* Infer dline flags from linedsf */
2962             can1 = edsf_canonify(sstate->linedsf, line1_index, &inv1);
2963             can2 = edsf_canonify(sstate->linedsf, line2_index, &inv2);
2964             if (can1 == can2 && inv1 != inv2) {
2965                 /* These are opposites, so set dline atmostone/atleastone */
2966                 if (set_atmostone(dlines, dline_index))
2967                     diff = min(diff, DIFF_NORMAL);
2968                 if (set_atleastone(dlines, dline_index))
2969                     diff = min(diff, DIFF_NORMAL);
2970                 continue;
2971             }
2972             /* Infer linedsf from dline flags */
2973             if (is_atmostone(dlines, dline_index)
2974                 && is_atleastone(dlines, dline_index)) {
2975                 if (merge_lines(sstate, line1_index, line2_index, 1))
2976                     diff = min(diff, DIFF_HARD);
2977             }
2978         }
2979
2980         /* Deductions with small number of LINE_UNKNOWNs, based on overall
2981          * parity of lines. */
2982         yes = sstate->dot_yes_count[i];
2983         no = sstate->dot_no_count[i];
2984         unknown = N - yes - no;
2985         diff_tmp = parity_deductions(sstate, d->edges,
2986                                      yes % 2, unknown);
2987         diff = min(diff, diff_tmp);
2988     }
2989
2990     /* ------ Edge dsf deductions ------ */
2991
2992     /* If the state of a line is known, deduce the state of its canonical line
2993      * too, and vice versa. */
2994     for (i = 0; i < g->num_edges; i++) {
2995         int can, inv;
2996         enum line_state s;
2997         can = edsf_canonify(sstate->linedsf, i, &inv);
2998         if (can == i)
2999             continue;
3000         s = sstate->state->lines[can];
3001         if (s != LINE_UNKNOWN) {
3002             if (solver_set_line(sstate, i, inv ? OPP(s) : s))
3003                 diff = min(diff, DIFF_EASY);
3004         } else {
3005             s = sstate->state->lines[i];
3006             if (s != LINE_UNKNOWN) {
3007                 if (solver_set_line(sstate, can, inv ? OPP(s) : s))
3008                     diff = min(diff, DIFF_EASY);
3009             }
3010         }
3011     }
3012
3013     return diff;
3014 }
3015
3016 static int loop_deductions(solver_state *sstate)
3017 {
3018     int edgecount = 0, clues = 0, satclues = 0, sm1clues = 0;
3019     game_state *state = sstate->state;
3020     grid *g = state->game_grid;
3021     int shortest_chainlen = g->num_dots;
3022     int loop_found = FALSE;
3023     int dots_connected;
3024     int progress = FALSE;
3025     int i;
3026
3027     /*
3028      * Go through the grid and update for all the new edges.
3029      * Since merge_dots() is idempotent, the simplest way to
3030      * do this is just to update for _all_ the edges.
3031      * Also, while we're here, we count the edges.
3032      */
3033     for (i = 0; i < g->num_edges; i++) {
3034         if (state->lines[i] == LINE_YES) {
3035             loop_found |= merge_dots(sstate, i);
3036             edgecount++;
3037         }
3038     }
3039
3040     /*
3041      * Count the clues, count the satisfied clues, and count the
3042      * satisfied-minus-one clues.
3043      */
3044     for (i = 0; i < g->num_faces; i++) {
3045         int c = state->clues[i];
3046         if (c >= 0) {
3047             int o = sstate->face_yes_count[i];
3048             if (o == c)
3049                 satclues++;
3050             else if (o == c-1)
3051                 sm1clues++;
3052             clues++;
3053         }
3054     }
3055
3056     for (i = 0; i < g->num_dots; ++i) {
3057         dots_connected =
3058             sstate->looplen[dsf_canonify(sstate->dotdsf, i)];
3059         if (dots_connected > 1)
3060             shortest_chainlen = min(shortest_chainlen, dots_connected);
3061     }
3062
3063     assert(sstate->solver_status == SOLVER_INCOMPLETE);
3064
3065     if (satclues == clues && shortest_chainlen == edgecount) {
3066         sstate->solver_status = SOLVER_SOLVED;
3067         /* This discovery clearly counts as progress, even if we haven't
3068          * just added any lines or anything */
3069         progress = TRUE;
3070         goto finished_loop_deductionsing;
3071     }
3072
3073     /*
3074      * Now go through looking for LINE_UNKNOWN edges which
3075      * connect two dots that are already in the same
3076      * equivalence class. If we find one, test to see if the
3077      * loop it would create is a solution.
3078      */
3079     for (i = 0; i < g->num_edges; i++) {
3080         grid_edge *e = g->edges + i;
3081         int d1 = e->dot1 - g->dots;
3082         int d2 = e->dot2 - g->dots;
3083         int eqclass, val;
3084         if (state->lines[i] != LINE_UNKNOWN)
3085             continue;
3086
3087         eqclass = dsf_canonify(sstate->dotdsf, d1);
3088         if (eqclass != dsf_canonify(sstate->dotdsf, d2))
3089             continue;
3090
3091         val = LINE_NO;  /* loop is bad until proven otherwise */
3092
3093         /*
3094          * This edge would form a loop. Next
3095          * question: how long would the loop be?
3096          * Would it equal the total number of edges
3097          * (plus the one we'd be adding if we added
3098          * it)?
3099          */
3100         if (sstate->looplen[eqclass] == edgecount + 1) {
3101             int sm1_nearby;
3102
3103             /*
3104              * This edge would form a loop which
3105              * took in all the edges in the entire
3106              * grid. So now we need to work out
3107              * whether it would be a valid solution
3108              * to the puzzle, which means we have to
3109              * check if it satisfies all the clues.
3110              * This means that every clue must be
3111              * either satisfied or satisfied-minus-
3112              * 1, and also that the number of
3113              * satisfied-minus-1 clues must be at
3114              * most two and they must lie on either
3115              * side of this edge.
3116              */
3117             sm1_nearby = 0;
3118             if (e->face1) {
3119                 int f = e->face1 - g->faces;
3120                 int c = state->clues[f];
3121                 if (c >= 0 && sstate->face_yes_count[f] == c - 1)
3122                     sm1_nearby++;
3123             }
3124             if (e->face2) {
3125                 int f = e->face2 - g->faces;
3126                 int c = state->clues[f];
3127                 if (c >= 0 && sstate->face_yes_count[f] == c - 1)
3128                     sm1_nearby++;
3129             }
3130             if (sm1clues == sm1_nearby &&
3131                 sm1clues + satclues == clues) {
3132                 val = LINE_YES;  /* loop is good! */
3133             }
3134         }
3135
3136         /*
3137          * Right. Now we know that adding this edge
3138          * would form a loop, and we know whether
3139          * that loop would be a viable solution or
3140          * not.
3141          *
3142          * If adding this edge produces a solution,
3143          * then we know we've found _a_ solution but
3144          * we don't know that it's _the_ solution -
3145          * if it were provably the solution then
3146          * we'd have deduced this edge some time ago
3147          * without the need to do loop detection. So
3148          * in this state we return SOLVER_AMBIGUOUS,
3149          * which has the effect that hitting Solve
3150          * on a user-provided puzzle will fill in a
3151          * solution but using the solver to
3152          * construct new puzzles won't consider this
3153          * a reasonable deduction for the user to
3154          * make.
3155          */
3156         progress = solver_set_line(sstate, i, val);
3157         assert(progress == TRUE);
3158         if (val == LINE_YES) {
3159             sstate->solver_status = SOLVER_AMBIGUOUS;
3160             goto finished_loop_deductionsing;
3161         }
3162     }
3163
3164     finished_loop_deductionsing:
3165     return progress ? DIFF_EASY : DIFF_MAX;
3166 }
3167
3168 /* This will return a dynamically allocated solver_state containing the (more)
3169  * solved grid */
3170 static solver_state *solve_game_rec(const solver_state *sstate_start)
3171 {
3172     solver_state *sstate;
3173
3174     /* Index of the solver we should call next. */
3175     int i = 0;
3176     
3177     /* As a speed-optimisation, we avoid re-running solvers that we know
3178      * won't make any progress.  This happens when a high-difficulty
3179      * solver makes a deduction that can only help other high-difficulty
3180      * solvers.
3181      * For example: if a new 'dline' flag is set by dline_deductions, the
3182      * trivial_deductions solver cannot do anything with this information.
3183      * If we've already run the trivial_deductions solver (because it's
3184      * earlier in the list), there's no point running it again.
3185      *
3186      * Therefore: if a solver is earlier in the list than "threshold_index",
3187      * we don't bother running it if it's difficulty level is less than
3188      * "threshold_diff".
3189      */
3190     int threshold_diff = 0;
3191     int threshold_index = 0;
3192     
3193     sstate = dup_solver_state(sstate_start);
3194
3195     check_caches(sstate);
3196
3197     while (i < NUM_SOLVERS) {
3198         if (sstate->solver_status == SOLVER_MISTAKE)
3199             return sstate;
3200         if (sstate->solver_status == SOLVER_SOLVED ||
3201             sstate->solver_status == SOLVER_AMBIGUOUS) {
3202             /* solver finished */
3203             break;
3204         }
3205
3206         if ((solver_diffs[i] >= threshold_diff || i >= threshold_index)
3207             && solver_diffs[i] <= sstate->diff) {
3208             /* current_solver is eligible, so use it */
3209             int next_diff = solver_fns[i](sstate);
3210             if (next_diff != DIFF_MAX) {
3211                 /* solver made progress, so use new thresholds and
3212                 * start again at top of list. */
3213                 threshold_diff = next_diff;
3214                 threshold_index = i;
3215                 i = 0;
3216                 continue;
3217             }
3218         }
3219         /* current_solver is ineligible, or failed to make progress, so
3220          * go to the next solver in the list */
3221         i++;
3222     }
3223
3224     if (sstate->solver_status == SOLVER_SOLVED ||
3225         sstate->solver_status == SOLVER_AMBIGUOUS) {
3226         /* s/LINE_UNKNOWN/LINE_NO/g */
3227         array_setall(sstate->state->lines, LINE_UNKNOWN, LINE_NO,
3228                      sstate->state->game_grid->num_edges);
3229         return sstate;
3230     }
3231
3232     return sstate;
3233 }
3234
3235 static char *solve_game(game_state *state, game_state *currstate,
3236                         char *aux, char **error)
3237 {
3238     char *soln = NULL;
3239     solver_state *sstate, *new_sstate;
3240
3241     sstate = new_solver_state(state, DIFF_MAX);
3242     new_sstate = solve_game_rec(sstate);
3243
3244     if (new_sstate->solver_status == SOLVER_SOLVED) {
3245         soln = encode_solve_move(new_sstate->state);
3246     } else if (new_sstate->solver_status == SOLVER_AMBIGUOUS) {
3247         soln = encode_solve_move(new_sstate->state);
3248         /**error = "Solver found ambiguous solutions"; */
3249     } else {
3250         soln = encode_solve_move(new_sstate->state);
3251         /**error = "Solver failed"; */
3252     }
3253
3254     free_solver_state(new_sstate);
3255     free_solver_state(sstate);
3256
3257     return soln;
3258 }
3259
3260 /* ----------------------------------------------------------------------
3261  * Drawing and mouse-handling
3262  */
3263
3264 static char *interpret_move(game_state *state, game_ui *ui, game_drawstate *ds,
3265                             int x, int y, int button)
3266 {
3267     grid *g = state->game_grid;
3268     grid_edge *e;
3269     int i;
3270     char *ret, buf[80];
3271     char button_char = ' ';
3272     enum line_state old_state;
3273
3274     button &= ~MOD_MASK;
3275
3276     /* Convert mouse-click (x,y) to grid coordinates */
3277     x -= BORDER(ds->tilesize);
3278     y -= BORDER(ds->tilesize);
3279     x = x * g->tilesize / ds->tilesize;
3280     y = y * g->tilesize / ds->tilesize;
3281     x += g->lowest_x;
3282     y += g->lowest_y;
3283
3284     e = grid_nearest_edge(g, x, y);
3285     if (e == NULL)
3286         return NULL;
3287
3288     i = e - g->edges;
3289
3290     /* I think it's only possible to play this game with mouse clicks, sorry */
3291     /* Maybe will add mouse drag support some time */
3292     old_state = state->lines[i];
3293
3294     switch (button) {
3295       case LEFT_BUTTON:
3296         switch (old_state) {
3297           case LINE_UNKNOWN:
3298             button_char = 'y';
3299             break;
3300           case LINE_YES:
3301 #ifdef STYLUS_BASED
3302             button_char = 'n';
3303             break;
3304 #endif
3305           case LINE_NO:
3306             button_char = 'u';
3307             break;
3308         }
3309         break;
3310       case MIDDLE_BUTTON:
3311         button_char = 'u';
3312         break;
3313       case RIGHT_BUTTON:
3314         switch (old_state) {
3315           case LINE_UNKNOWN:
3316             button_char = 'n';
3317             break;
3318           case LINE_NO:
3319 #ifdef STYLUS_BASED
3320             button_char = 'y';
3321             break;
3322 #endif
3323           case LINE_YES:
3324             button_char = 'u';
3325             break;
3326         }
3327         break;
3328       default:
3329         return NULL;
3330     }
3331
3332
3333     sprintf(buf, "%d%c", i, (int)button_char);
3334     ret = dupstr(buf);
3335
3336     return ret;
3337 }
3338
3339 static game_state *execute_move(game_state *state, char *move)
3340 {
3341     int i;
3342     game_state *newstate = dup_game(state);
3343
3344     if (move[0] == 'S') {
3345         move++;
3346         newstate->cheated = TRUE;
3347     }
3348
3349     while (*move) {
3350         i = atoi(move);
3351         if (i < 0 || i >= newstate->game_grid->num_edges)
3352             goto fail;
3353         move += strspn(move, "1234567890");
3354         switch (*(move++)) {
3355           case 'y':
3356             newstate->lines[i] = LINE_YES;
3357             break;
3358           case 'n':
3359             newstate->lines[i] = LINE_NO;
3360             break;
3361           case 'u':
3362             newstate->lines[i] = LINE_UNKNOWN;
3363             break;
3364           default:
3365             goto fail;
3366         }
3367     }
3368
3369     /*
3370      * Check for completion.
3371      */
3372     if (check_completion(newstate))
3373         newstate->solved = TRUE;
3374
3375     return newstate;
3376
3377     fail:
3378     free_game(newstate);
3379     return NULL;
3380 }
3381
3382 /* ----------------------------------------------------------------------
3383  * Drawing routines.
3384  */
3385
3386 /* Convert from grid coordinates to screen coordinates */
3387 static void grid_to_screen(const game_drawstate *ds, const grid *g,
3388                            int grid_x, int grid_y, int *x, int *y)
3389 {
3390     *x = grid_x - g->lowest_x;
3391     *y = grid_y - g->lowest_y;
3392     *x = *x * ds->tilesize / g->tilesize;
3393     *y = *y * ds->tilesize / g->tilesize;
3394     *x += BORDER(ds->tilesize);
3395     *y += BORDER(ds->tilesize);
3396 }
3397
3398 /* Returns (into x,y) position of centre of face for rendering the text clue.
3399  */
3400 static void face_text_pos(const game_drawstate *ds, const grid *g,
3401                           const grid_face *f, int *xret, int *yret)
3402 {
3403     int x, y, x0, y0, x1, y1, xbest, ybest, i, shift;
3404     long bestdist;
3405     int faceindex = f - g->faces;
3406
3407     /*
3408      * Return the cached position for this face, if we've already
3409      * worked it out.
3410      */
3411     if (ds->textx[faceindex] >= 0) {
3412         *xret = ds->textx[faceindex];
3413         *yret = ds->texty[faceindex];
3414         return;
3415     }
3416
3417     /*
3418      * Otherwise, try to find the point in the polygon with the
3419      * maximum distance to any edge or corner.
3420      *
3421      * Start by working out the face's bounding box, in grid
3422      * coordinates.
3423      */
3424     x0 = x1 = f->dots[0]->x;
3425     y0 = y1 = f->dots[0]->y;
3426     for (i = 1; i < f->order; i++) {
3427         if (x0 > f->dots[i]->x) x0 = f->dots[i]->x;
3428         if (x1 < f->dots[i]->x) x1 = f->dots[i]->x;
3429         if (y0 > f->dots[i]->y) y0 = f->dots[i]->y;
3430         if (y1 < f->dots[i]->y) y1 = f->dots[i]->y;
3431     }
3432
3433     /*
3434      * If the grid is at excessive resolution, decide on a scaling
3435      * factor to bring it within reasonable bounds so we don't have to
3436      * think too hard or suffer integer overflow.
3437      */
3438     shift = 0;
3439     while (x1 - x0 > 128 || y1 - y0 > 128) {
3440         shift++;
3441         x0 >>= 1;
3442         x1 >>= 1;
3443         y0 >>= 1;
3444         y1 >>= 1;
3445     }
3446
3447     /*
3448      * Now iterate over every point in that bounding box.
3449      */
3450     xbest = ybest = -1;
3451     bestdist = -1;
3452     for (y = y0; y <= y1; y++) {
3453         for (x = x0; x <= x1; x++) {
3454             /*
3455              * First, disqualify the point if it's not inside the
3456              * polygon, which we work out by counting the edges to the
3457              * right of the point. (For tiebreaking purposes when
3458              * edges start or end on our y-coordinate or go right
3459              * through it, we consider our point to be offset by a
3460              * small _positive_ epsilon in both the x- and
3461              * y-direction.)
3462              */
3463             int in = 0;
3464             for (i = 0; i < f->order; i++) {
3465                 int xs = f->edges[i]->dot1->x >> shift;
3466                 int xe = f->edges[i]->dot2->x >> shift;
3467                 int ys = f->edges[i]->dot1->y >> shift;
3468                 int ye = f->edges[i]->dot2->y >> shift;
3469                 if ((y >= ys && y < ye) || (y >= ye && y < ys)) {
3470                     /*
3471                      * The line goes past our y-position. Now we need
3472                      * to know if its x-coordinate when it does so is
3473                      * to our right.
3474                      *
3475                      * The x-coordinate in question is mathematically
3476                      * (y - ys) * (xe - xs) / (ye - ys), and we want
3477                      * to know whether (x - xs) >= that. Of course we
3478                      * avoid the division, so we can work in integers;
3479                      * to do this we must multiply both sides of the
3480                      * inequality by ye - ys, which means we must
3481                      * first check that's not negative.
3482                      */
3483                     int num = xe - xs, denom = ye - ys;
3484                     if (denom < 0) {
3485                         num = -num;
3486                         denom = -denom;
3487                     }
3488                     if ((x - xs) * denom >= (y - ys) * num)
3489                         in ^= 1;
3490                 }
3491             }
3492
3493             if (in) {
3494                 long mindist = LONG_MAX;
3495
3496                 /*
3497                  * This point is inside the polygon, so now we check
3498                  * its minimum distance to every edge and corner.
3499                  * First the corners ...
3500                  */
3501                 for (i = 0; i < f->order; i++) {
3502                     int xp = f->dots[i]->x >> shift;
3503                     int yp = f->dots[i]->y >> shift;
3504                     int dx = x - xp, dy = y - yp;
3505                     long dist = (long)dx*dx + (long)dy*dy;
3506                     if (mindist > dist)
3507                         mindist = dist;
3508                 }
3509
3510                 /*
3511                  * ... and now also check the perpendicular distance
3512                  * to every edge, if the perpendicular lies between
3513                  * the edge's endpoints.
3514                  */
3515                 for (i = 0; i < f->order; i++) {
3516                     int xs = f->edges[i]->dot1->x >> shift;
3517                     int xe = f->edges[i]->dot2->x >> shift;
3518                     int ys = f->edges[i]->dot1->y >> shift;
3519                     int ye = f->edges[i]->dot2->y >> shift;
3520
3521                     /*
3522                      * If s and e are our endpoints, and p our
3523                      * candidate circle centre, the foot of a
3524                      * perpendicular from p to the line se lies
3525                      * between s and e if and only if (p-s).(e-s) lies
3526                      * strictly between 0 and (e-s).(e-s).
3527                      */
3528                     int edx = xe - xs, edy = ye - ys;
3529                     int pdx = x - xs, pdy = y - ys;
3530                     long pde = (long)pdx * edx + (long)pdy * edy;
3531                     long ede = (long)edx * edx + (long)edy * edy;
3532                     if (0 < pde && pde < ede) {
3533                         /*
3534                          * Yes, the nearest point on this edge is
3535                          * closer than either endpoint, so we must
3536                          * take it into account by measuring the
3537                          * perpendicular distance to the edge and
3538                          * checking its square against mindist.
3539                          */
3540
3541                         long pdre = (long)pdx * edy - (long)pdy * edx;
3542                         long sqlen = pdre * pdre / ede;
3543
3544                         if (mindist > sqlen)
3545                             mindist = sqlen;
3546                     }
3547                 }
3548
3549                 /*
3550                  * Right. Now we know the biggest circle around this
3551                  * point, so we can check it against bestdist.
3552                  */
3553                 if (bestdist < mindist) {
3554                     bestdist = mindist;
3555                     xbest = x;
3556                     ybest = y;
3557                 }
3558             }
3559         }
3560     }
3561
3562     assert(bestdist >= 0);
3563
3564     /* convert to screen coordinates */
3565     grid_to_screen(ds, g, xbest << shift, ybest << shift,
3566                    &ds->textx[faceindex], &ds->texty[faceindex]);
3567
3568     *xret = ds->textx[faceindex];
3569     *yret = ds->texty[faceindex];
3570 }
3571
3572 static void face_text_bbox(game_drawstate *ds, grid *g, grid_face *f,
3573                            int *x, int *y, int *w, int *h)
3574 {
3575     int xx, yy;
3576     face_text_pos(ds, g, f, &xx, &yy);
3577
3578     /* There seems to be a certain amount of trial-and-error involved
3579      * in working out the correct bounding-box for the text. */
3580
3581     *x = xx - ds->tilesize/4 - 1;
3582     *y = yy - ds->tilesize/4 - 3;
3583     *w = ds->tilesize/2 + 2;
3584     *h = ds->tilesize/2 + 5;
3585 }
3586
3587 static void game_redraw_clue(drawing *dr, game_drawstate *ds,
3588                              game_state *state, int i)
3589 {
3590     grid *g = state->game_grid;
3591     grid_face *f = g->faces + i;
3592     int x, y;
3593     char c[3];
3594
3595     if (state->clues[i] < 10) {
3596         c[0] = CLUE2CHAR(state->clues[i]);
3597         c[1] = '\0';
3598     } else {
3599         sprintf(c, "%d", state->clues[i]);
3600     }
3601
3602     face_text_pos(ds, g, f, &x, &y);
3603     draw_text(dr, x, y,
3604               FONT_VARIABLE, ds->tilesize/2,
3605               ALIGN_VCENTRE | ALIGN_HCENTRE,
3606               ds->clue_error[i] ? COL_MISTAKE :
3607               ds->clue_satisfied[i] ? COL_SATISFIED : COL_FOREGROUND, c);
3608 }
3609
3610 static void edge_bbox(game_drawstate *ds, grid *g, grid_edge *e,
3611                       int *x, int *y, int *w, int *h)
3612 {
3613     int x1 = e->dot1->x;
3614     int y1 = e->dot1->y;
3615     int x2 = e->dot2->x;
3616     int y2 = e->dot2->y;
3617     int xmin, xmax, ymin, ymax;
3618
3619     grid_to_screen(ds, g, x1, y1, &x1, &y1);
3620     grid_to_screen(ds, g, x2, y2, &x2, &y2);
3621     /* Allow extra margin for dots, and thickness of lines */
3622     xmin = min(x1, x2) - 2;
3623     xmax = max(x1, x2) + 2;
3624     ymin = min(y1, y2) - 2;
3625     ymax = max(y1, y2) + 2;
3626
3627     *x = xmin;
3628     *y = ymin;
3629     *w = xmax - xmin + 1;
3630     *h = ymax - ymin + 1;
3631 }
3632
3633 static void dot_bbox(game_drawstate *ds, grid *g, grid_dot *d,
3634                      int *x, int *y, int *w, int *h)
3635 {
3636     int x1, y1;
3637
3638     grid_to_screen(ds, g, d->x, d->y, &x1, &y1);
3639
3640     *x = x1 - 2;
3641     *y = y1 - 2;
3642     *w = 5;
3643     *h = 5;
3644 }
3645
3646 static const int loopy_line_redraw_phases[] = {
3647     COL_FAINT, COL_LINEUNKNOWN, COL_FOREGROUND, COL_HIGHLIGHT, COL_MISTAKE
3648 };
3649 #define NPHASES lenof(loopy_line_redraw_phases)
3650
3651 static void game_redraw_line(drawing *dr, game_drawstate *ds,
3652                              game_state *state, int i, int phase)
3653 {
3654     grid *g = state->game_grid;
3655     grid_edge *e = g->edges + i;
3656     int x1, x2, y1, y2;
3657     int xmin, ymin, xmax, ymax;
3658     int line_colour;
3659
3660     if (state->line_errors[i])
3661         line_colour = COL_MISTAKE;
3662     else if (state->lines[i] == LINE_UNKNOWN)
3663         line_colour = COL_LINEUNKNOWN;
3664     else if (state->lines[i] == LINE_NO)
3665         line_colour = COL_FAINT;
3666     else if (ds->flashing)
3667         line_colour = COL_HIGHLIGHT;
3668     else
3669         line_colour = COL_FOREGROUND;
3670     if (line_colour != loopy_line_redraw_phases[phase])
3671         return;
3672
3673     /* Convert from grid to screen coordinates */
3674     grid_to_screen(ds, g, e->dot1->x, e->dot1->y, &x1, &y1);
3675     grid_to_screen(ds, g, e->dot2->x, e->dot2->y, &x2, &y2);
3676
3677     xmin = min(x1, x2);
3678     xmax = max(x1, x2);
3679     ymin = min(y1, y2);
3680     ymax = max(y1, y2);
3681
3682     if (line_colour == COL_FAINT) {
3683         static int draw_faint_lines = -1;
3684         if (draw_faint_lines < 0) {
3685             char *env = getenv("LOOPY_FAINT_LINES");
3686             draw_faint_lines = (!env || (env[0] == 'y' ||
3687                                          env[0] == 'Y'));
3688         }
3689         if (draw_faint_lines)
3690             draw_line(dr, x1, y1, x2, y2, line_colour);
3691     } else {
3692         draw_thick_line(dr, 3.0,
3693                         x1 + 0.5, y1 + 0.5,
3694                         x2 + 0.5, y2 + 0.5,
3695                         line_colour);
3696     }
3697 }
3698
3699 static void game_redraw_dot(drawing *dr, game_drawstate *ds,
3700                             game_state *state, int i)
3701 {
3702     grid *g = state->game_grid;
3703     grid_dot *d = g->dots + i;
3704     int x, y;
3705
3706     grid_to_screen(ds, g, d->x, d->y, &x, &y);
3707     draw_circle(dr, x, y, 2, COL_FOREGROUND, COL_FOREGROUND);
3708 }
3709
3710 static int boxes_intersect(int x0, int y0, int w0, int h0,
3711                            int x1, int y1, int w1, int h1)
3712 {
3713     /*
3714      * Two intervals intersect iff neither is wholly on one side of
3715      * the other. Two boxes intersect iff their horizontal and
3716      * vertical intervals both intersect.
3717      */
3718     return (x0 < x1+w1 && x1 < x0+w0 && y0 < y1+h1 && y1 < y0+h0);
3719 }
3720
3721 static void game_redraw_in_rect(drawing *dr, game_drawstate *ds,
3722                                 game_state *state, int x, int y, int w, int h)
3723 {
3724     grid *g = state->game_grid;
3725     int i, phase;
3726     int bx, by, bw, bh;
3727
3728     clip(dr, x, y, w, h);
3729     draw_rect(dr, x, y, w, h, COL_BACKGROUND);
3730
3731     for (i = 0; i < g->num_faces; i++) {
3732         face_text_bbox(ds, g, &g->faces[i], &bx, &by, &bw, &bh);
3733         if (boxes_intersect(x, y, w, h, bx, by, bw, bh))
3734             game_redraw_clue(dr, ds, state, i);
3735     }
3736     for (phase = 0; phase < NPHASES; phase++) {
3737         for (i = 0; i < g->num_edges; i++) {
3738             edge_bbox(ds, g, &g->edges[i], &bx, &by, &bw, &bh);
3739             if (boxes_intersect(x, y, w, h, bx, by, bw, bh))
3740                 game_redraw_line(dr, ds, state, i, phase);
3741         }
3742     }
3743     for (i = 0; i < g->num_dots; i++) {
3744         dot_bbox(ds, g, &g->dots[i], &bx, &by, &bw, &bh);
3745         if (boxes_intersect(x, y, w, h, bx, by, bw, bh))
3746             game_redraw_dot(dr, ds, state, i);
3747     }
3748
3749     unclip(dr);
3750     draw_update(dr, x, y, w, h);
3751 }
3752
3753 static void game_redraw(drawing *dr, game_drawstate *ds, game_state *oldstate,
3754                         game_state *state, int dir, game_ui *ui,
3755                         float animtime, float flashtime)
3756 {
3757 #define REDRAW_OBJECTS_LIMIT 16         /* Somewhat arbitrary tradeoff */
3758
3759     grid *g = state->game_grid;
3760     int border = BORDER(ds->tilesize);
3761     int i;
3762     int flash_changed;
3763     int redraw_everything = FALSE;
3764
3765     int edges[REDRAW_OBJECTS_LIMIT], nedges = 0;
3766     int faces[REDRAW_OBJECTS_LIMIT], nfaces = 0;
3767
3768     /* Redrawing is somewhat involved.
3769      *
3770      * An update can theoretically affect an arbitrary number of edges
3771      * (consider, for example, completing or breaking a cycle which doesn't
3772      * satisfy all the clues -- we'll switch many edges between error and
3773      * normal states).  On the other hand, redrawing the whole grid takes a
3774      * while, making the game feel sluggish, and many updates are actually
3775      * quite well localized.
3776      *
3777      * This redraw algorithm attempts to cope with both situations gracefully
3778      * and correctly.  For localized changes, we set a clip rectangle, fill
3779      * it with background, and then redraw (a plausible but conservative
3780      * guess at) the objects which intersect the rectangle; if several
3781      * objects need redrawing, we'll do them individually.  However, if lots
3782      * of objects are affected, we'll just redraw everything.
3783      *
3784      * The reason for all of this is that it's just not safe to do the redraw
3785      * piecemeal.  If you try to draw an antialiased diagonal line over
3786      * itself, you get a slightly thicker antialiased diagonal line, which
3787      * looks rather ugly after a while.
3788      *
3789      * So, we take two passes over the grid.  The first attempts to work out
3790      * what needs doing, and the second actually does it.
3791      */
3792
3793     if (!ds->started)
3794         redraw_everything = TRUE;
3795     else {
3796
3797         /* First, trundle through the faces. */
3798         for (i = 0; i < g->num_faces; i++) {
3799             grid_face *f = g->faces + i;
3800             int sides = f->order;
3801             int clue_mistake;
3802             int clue_satisfied;
3803             int n = state->clues[i];
3804             if (n < 0)
3805                 continue;
3806
3807             clue_mistake = (face_order(state, i, LINE_YES) > n ||
3808                             face_order(state, i, LINE_NO ) > (sides-n));
3809             clue_satisfied = (face_order(state, i, LINE_YES) == n &&
3810                               face_order(state, i, LINE_NO ) == (sides-n));
3811
3812             if (clue_mistake != ds->clue_error[i] ||
3813                 clue_satisfied != ds->clue_satisfied[i]) {
3814                 ds->clue_error[i] = clue_mistake;
3815                 ds->clue_satisfied[i] = clue_satisfied;
3816                 if (nfaces == REDRAW_OBJECTS_LIMIT)
3817                     redraw_everything = TRUE;
3818                 else
3819                     faces[nfaces++] = i;
3820             }
3821         }
3822
3823         /* Work out what the flash state needs to be. */
3824         if (flashtime > 0 &&
3825             (flashtime <= FLASH_TIME/3 ||
3826              flashtime >= FLASH_TIME*2/3)) {
3827             flash_changed = !ds->flashing;
3828             ds->flashing = TRUE;
3829         } else {
3830             flash_changed = ds->flashing;
3831             ds->flashing = FALSE;
3832         }
3833
3834         /* Now, trundle through the edges. */
3835         for (i = 0; i < g->num_edges; i++) {
3836             char new_ds =
3837                 state->line_errors[i] ? DS_LINE_ERROR : state->lines[i];
3838             if (new_ds != ds->lines[i] ||
3839                 (flash_changed && state->lines[i] == LINE_YES)) {
3840                 ds->lines[i] = new_ds;
3841                 if (nedges == REDRAW_OBJECTS_LIMIT)
3842                     redraw_everything = TRUE;
3843                 else
3844                     edges[nedges++] = i;
3845             }
3846         }
3847     }
3848
3849     /* Pass one is now done.  Now we do the actual drawing. */
3850     if (redraw_everything) {
3851         int grid_width = g->highest_x - g->lowest_x;
3852         int grid_height = g->highest_y - g->lowest_y;
3853         int w = grid_width * ds->tilesize / g->tilesize;
3854         int h = grid_height * ds->tilesize / g->tilesize;
3855
3856         game_redraw_in_rect(dr, ds, state,
3857                             0, 0, w + 2*border + 1, h + 2*border + 1);
3858     } else {
3859
3860         /* Right.  Now we roll up our sleeves. */
3861
3862         for (i = 0; i < nfaces; i++) {
3863             grid_face *f = g->faces + faces[i];
3864             int x, y, w, h;
3865
3866             face_text_bbox(ds, g, f, &x, &y, &w, &h);
3867             game_redraw_in_rect(dr, ds, state, x, y, w, h);
3868         }
3869
3870         for (i = 0; i < nedges; i++) {
3871             grid_edge *e = g->edges + edges[i];
3872             int x, y, w, h;
3873
3874             edge_bbox(ds, g, e, &x, &y, &w, &h);
3875             game_redraw_in_rect(dr, ds, state, x, y, w, h);
3876         }
3877     }
3878
3879     ds->started = TRUE;
3880 }
3881
3882 static float game_flash_length(game_state *oldstate, game_state *newstate,
3883                                int dir, game_ui *ui)
3884 {
3885     if (!oldstate->solved  &&  newstate->solved &&
3886         !oldstate->cheated && !newstate->cheated) {
3887         return FLASH_TIME;
3888     }
3889
3890     return 0.0F;
3891 }
3892
3893 static int game_is_solved(game_state *state)
3894 {
3895     return state->solved;
3896 }
3897
3898 static void game_print_size(game_params *params, float *x, float *y)
3899 {
3900     int pw, ph;
3901
3902     /*
3903      * I'll use 7mm "squares" by default.
3904      */
3905     game_compute_size(params, 700, &pw, &ph);
3906     *x = pw / 100.0F;
3907     *y = ph / 100.0F;
3908 }
3909
3910 static void game_print(drawing *dr, game_state *state, int tilesize)
3911 {
3912     int ink = print_mono_colour(dr, 0);
3913     int i;
3914     game_drawstate ads, *ds = &ads;
3915     grid *g = state->game_grid;
3916
3917     ds->tilesize = tilesize;
3918
3919     for (i = 0; i < g->num_dots; i++) {
3920         int x, y;
3921         grid_to_screen(ds, g, g->dots[i].x, g->dots[i].y, &x, &y);
3922         draw_circle(dr, x, y, ds->tilesize / 15, ink, ink);
3923     }
3924
3925     /*
3926      * Clues.
3927      */
3928     for (i = 0; i < g->num_faces; i++) {
3929         grid_face *f = g->faces + i;
3930         int clue = state->clues[i];
3931         if (clue >= 0) {
3932             char c[2];
3933             int x, y;
3934             c[0] = CLUE2CHAR(clue);
3935             c[1] = '\0';
3936             face_text_pos(ds, g, f, &x, &y);
3937             draw_text(dr, x, y,
3938                       FONT_VARIABLE, ds->tilesize / 2,
3939                       ALIGN_VCENTRE | ALIGN_HCENTRE, ink, c);
3940         }
3941     }
3942
3943     /*
3944      * Lines.
3945      */
3946     for (i = 0; i < g->num_edges; i++) {
3947         int thickness = (state->lines[i] == LINE_YES) ? 30 : 150;
3948         grid_edge *e = g->edges + i;
3949         int x1, y1, x2, y2;
3950         grid_to_screen(ds, g, e->dot1->x, e->dot1->y, &x1, &y1);
3951         grid_to_screen(ds, g, e->dot2->x, e->dot2->y, &x2, &y2);
3952         if (state->lines[i] == LINE_YES)
3953         {
3954             /* (dx, dy) points from (x1, y1) to (x2, y2).
3955              * The line is then "fattened" in a perpendicular
3956              * direction to create a thin rectangle. */
3957             double d = sqrt(SQ((double)x1 - x2) + SQ((double)y1 - y2));
3958             double dx = (x2 - x1) / d;
3959             double dy = (y2 - y1) / d;
3960             int points[8];
3961
3962             dx = (dx * ds->tilesize) / thickness;
3963             dy = (dy * ds->tilesize) / thickness;
3964             points[0] = x1 + (int)dy;
3965             points[1] = y1 - (int)dx;
3966             points[2] = x1 - (int)dy;
3967             points[3] = y1 + (int)dx;
3968             points[4] = x2 - (int)dy;
3969             points[5] = y2 + (int)dx;
3970             points[6] = x2 + (int)dy;
3971             points[7] = y2 - (int)dx;
3972             draw_polygon(dr, points, 4, ink, ink);
3973         }
3974         else
3975         {
3976             /* Draw a dotted line */
3977             int divisions = 6;
3978             int j;
3979             for (j = 1; j < divisions; j++) {
3980                 /* Weighted average */
3981                 int x = (x1 * (divisions -j) + x2 * j) / divisions;
3982                 int y = (y1 * (divisions -j) + y2 * j) / divisions;
3983                 draw_circle(dr, x, y, ds->tilesize / thickness, ink, ink);
3984             }
3985         }
3986     }
3987 }
3988
3989 #ifdef COMBINED
3990 #define thegame loopy
3991 #endif
3992
3993 const struct game thegame = {
3994     "Loopy", "games.loopy", "loopy",
3995     default_params,
3996     game_fetch_preset,
3997     decode_params,
3998     encode_params,
3999     free_params,
4000     dup_params,
4001     TRUE, game_configure, custom_params,
4002     validate_params,
4003     new_game_desc,
4004     validate_desc,
4005     new_game,
4006     dup_game,
4007     free_game,
4008     1, solve_game,
4009     TRUE, game_can_format_as_text_now, game_text_format,
4010     new_ui,
4011     free_ui,
4012     encode_ui,
4013     decode_ui,
4014     game_changed_state,
4015     interpret_move,
4016     execute_move,
4017     PREFERRED_TILE_SIZE, game_compute_size, game_set_size,
4018     game_colours,
4019     game_new_drawstate,
4020     game_free_drawstate,
4021     game_redraw,
4022     game_anim_length,
4023     game_flash_length,
4024     game_is_solved,
4025     TRUE, FALSE, game_print_size, game_print,
4026     FALSE /* wants_statusbar */,
4027     FALSE, game_timing_state,
4028     0,                                       /* mouse_priorities */
4029 };
4030
4031 #ifdef STANDALONE_SOLVER
4032
4033 /*
4034  * Half-hearted standalone solver. It can't output the solution to
4035  * anything but a square puzzle, and it can't log the deductions
4036  * it makes either. But it can solve square puzzles, and more
4037  * importantly it can use its solver to grade the difficulty of
4038  * any puzzle you give it.
4039  */
4040
4041 #include <stdarg.h>
4042
4043 int main(int argc, char **argv)
4044 {
4045     game_params *p;
4046     game_state *s;
4047     char *id = NULL, *desc, *err;
4048     int grade = FALSE;
4049     int ret, diff;
4050 #if 0 /* verbose solver not supported here (yet) */
4051     int really_verbose = FALSE;
4052 #endif
4053
4054     while (--argc > 0) {
4055         char *p = *++argv;
4056 #if 0 /* verbose solver not supported here (yet) */
4057         if (!strcmp(p, "-v")) {
4058             really_verbose = TRUE;
4059         } else
4060 #endif
4061         if (!strcmp(p, "-g")) {
4062             grade = TRUE;
4063         } else if (*p == '-') {
4064             fprintf(stderr, "%s: unrecognised option `%s'\n", argv[0], p);
4065             return 1;
4066         } else {
4067             id = p;
4068         }
4069     }
4070
4071     if (!id) {
4072         fprintf(stderr, "usage: %s [-g | -v] <game_id>\n", argv[0]);
4073         return 1;
4074     }
4075
4076     desc = strchr(id, ':');
4077     if (!desc) {
4078         fprintf(stderr, "%s: game id expects a colon in it\n", argv[0]);
4079         return 1;
4080     }
4081     *desc++ = '\0';
4082
4083     p = default_params();
4084     decode_params(p, id);
4085     err = validate_desc(p, desc);
4086     if (err) {
4087         fprintf(stderr, "%s: %s\n", argv[0], err);
4088         return 1;
4089     }
4090     s = new_game(NULL, p, desc);
4091
4092     /*
4093      * When solving an Easy puzzle, we don't want to bother the
4094      * user with Hard-level deductions. For this reason, we grade
4095      * the puzzle internally before doing anything else.
4096      */
4097     ret = -1;                          /* placate optimiser */
4098     for (diff = 0; diff < DIFF_MAX; diff++) {
4099         solver_state *sstate_new;
4100         solver_state *sstate = new_solver_state((game_state *)s, diff);
4101
4102         sstate_new = solve_game_rec(sstate);
4103
4104         if (sstate_new->solver_status == SOLVER_MISTAKE)
4105             ret = 0;
4106         else if (sstate_new->solver_status == SOLVER_SOLVED)
4107             ret = 1;
4108         else
4109             ret = 2;
4110
4111         free_solver_state(sstate_new);
4112         free_solver_state(sstate);
4113
4114         if (ret < 2)
4115             break;
4116     }
4117
4118     if (diff == DIFF_MAX) {
4119         if (grade)
4120             printf("Difficulty rating: harder than Hard, or ambiguous\n");
4121         else
4122             printf("Unable to find a unique solution\n");
4123     } else {
4124         if (grade) {
4125             if (ret == 0)
4126                 printf("Difficulty rating: impossible (no solution exists)\n");
4127             else if (ret == 1)
4128                 printf("Difficulty rating: %s\n", diffnames[diff]);
4129         } else {
4130             solver_state *sstate_new;
4131             solver_state *sstate = new_solver_state((game_state *)s, diff);
4132
4133             /* If we supported a verbose solver, we'd set verbosity here */
4134
4135             sstate_new = solve_game_rec(sstate);
4136
4137             if (sstate_new->solver_status == SOLVER_MISTAKE)
4138                 printf("Puzzle is inconsistent\n");
4139             else {
4140                 assert(sstate_new->solver_status == SOLVER_SOLVED);
4141                 if (s->grid_type == 0) {
4142                     fputs(game_text_format(sstate_new->state), stdout);
4143                 } else {
4144                     printf("Unable to output non-square grids\n");
4145                 }
4146             }
4147
4148             free_solver_state(sstate_new);
4149             free_solver_state(sstate);
4150         }
4151     }
4152
4153     return 0;
4154 }
4155
4156 #endif