chiark / gitweb /
Two tiny cleanup patches from James H.
[sgt-puzzles.git] / solo.c
1 /*
2  * solo.c: the number-placing puzzle most popularly known as `Sudoku'.
3  *
4  * TODO:
5  *
6  *  - reports from users are that `Trivial'-mode puzzles are still
7  *    rather hard compared to newspapers' easy ones, so some better
8  *    low-end difficulty grading would be nice
9  *     + it's possible that really easy puzzles always have
10  *       _several_ things you can do, so don't make you hunt too
11  *       hard for the one deduction you can currently make
12  *     + it's also possible that easy puzzles require fewer
13  *       cross-eliminations: perhaps there's a higher incidence of
14  *       things you can deduce by looking only at (say) rows,
15  *       rather than things you have to check both rows and columns
16  *       for
17  *     + but really, what I need to do is find some really easy
18  *       puzzles and _play_ them, to see what's actually easy about
19  *       them
20  *     + while I'm revamping this area, filling in the _last_
21  *       number in a nearly-full row or column should certainly be
22  *       permitted even at the lowest difficulty level.
23  *     + also Owen noticed that `Basic' grids requiring numeric
24  *       elimination are actually very hard, so I wonder if a
25  *       difficulty gradation between that and positional-
26  *       elimination-only might be in order
27  *     + but it's not good to have _too_ many difficulty levels, or
28  *       it'll take too long to randomly generate a given level.
29  * 
30  *  - it might still be nice to do some prioritisation on the
31  *    removal of numbers from the grid
32  *     + one possibility is to try to minimise the maximum number
33  *       of filled squares in any block, which in particular ought
34  *       to enforce never leaving a completely filled block in the
35  *       puzzle as presented.
36  *
37  *  - alternative interface modes
38  *     + sudoku.com's Windows program has a palette of possible
39  *       entries; you select a palette entry first and then click
40  *       on the square you want it to go in, thus enabling
41  *       mouse-only play. Useful for PDAs! I don't think it's
42  *       actually incompatible with the current highlight-then-type
43  *       approach: you _either_ highlight a palette entry and then
44  *       click, _or_ you highlight a square and then type. At most
45  *       one thing is ever highlighted at a time, so there's no way
46  *       to confuse the two.
47  *     + then again, I don't actually like sudoku.com's interface;
48  *       it's too much like a paint package whereas I prefer to
49  *       think of Solo as a text editor.
50  *     + another PDA-friendly possibility is a drag interface:
51  *       _drag_ numbers from the palette into the grid squares.
52  *       Thought experiments suggest I'd prefer that to the
53  *       sudoku.com approach, but I haven't actually tried it.
54  */
55
56 /*
57  * Solo puzzles need to be square overall (since each row and each
58  * column must contain one of every digit), but they need not be
59  * subdivided the same way internally. I am going to adopt a
60  * convention whereby I _always_ refer to `r' as the number of rows
61  * of _big_ divisions, and `c' as the number of columns of _big_
62  * divisions. Thus, a 2c by 3r puzzle looks something like this:
63  *
64  *   4 5 1 | 2 6 3
65  *   6 3 2 | 5 4 1
66  *   ------+------     (Of course, you can't subdivide it the other way
67  *   1 4 5 | 6 3 2     or you'll get clashes; observe that the 4 in the
68  *   3 2 6 | 4 1 5     top left would conflict with the 4 in the second
69  *   ------+------     box down on the left-hand side.)
70  *   5 1 4 | 3 2 6
71  *   2 6 3 | 1 5 4
72  *
73  * The need for a strong naming convention should now be clear:
74  * each small box is two rows of digits by three columns, while the
75  * overall puzzle has three rows of small boxes by two columns. So
76  * I will (hopefully) consistently use `r' to denote the number of
77  * rows _of small boxes_ (here 3), which is also the number of
78  * columns of digits in each small box; and `c' vice versa (here
79  * 2).
80  *
81  * I'm also going to choose arbitrarily to list c first wherever
82  * possible: the above is a 2x3 puzzle, not a 3x2 one.
83  */
84
85 #include <stdio.h>
86 #include <stdlib.h>
87 #include <string.h>
88 #include <assert.h>
89 #include <ctype.h>
90 #include <math.h>
91
92 #ifdef STANDALONE_SOLVER
93 #include <stdarg.h>
94 int solver_show_working, solver_recurse_depth;
95 #endif
96
97 #include "puzzles.h"
98
99 /*
100  * To save space, I store digits internally as unsigned char. This
101  * imposes a hard limit of 255 on the order of the puzzle. Since
102  * even a 5x5 takes unacceptably long to generate, I don't see this
103  * as a serious limitation unless something _really_ impressive
104  * happens in computing technology; but here's a typedef anyway for
105  * general good practice.
106  */
107 typedef unsigned char digit;
108 #define ORDER_MAX 255
109
110 #define PREFERRED_TILE_SIZE 32
111 #define TILE_SIZE (ds->tilesize)
112 #define BORDER (TILE_SIZE / 2)
113
114 #define FLASH_TIME 0.4F
115
116 enum { SYMM_NONE, SYMM_ROT2, SYMM_ROT4, SYMM_REF2, SYMM_REF2D, SYMM_REF4,
117        SYMM_REF4D, SYMM_REF8 };
118
119 enum { DIFF_BLOCK, DIFF_SIMPLE, DIFF_INTERSECT,
120        DIFF_SET, DIFF_RECURSIVE, DIFF_AMBIGUOUS, DIFF_IMPOSSIBLE };
121
122 enum {
123     COL_BACKGROUND,
124     COL_GRID,
125     COL_CLUE,
126     COL_USER,
127     COL_HIGHLIGHT,
128     COL_ERROR,
129     COL_PENCIL,
130     NCOLOURS
131 };
132
133 struct game_params {
134     int c, r, symm, diff;
135 };
136
137 struct game_state {
138     int c, r;
139     digit *grid;
140     unsigned char *pencil;             /* c*r*c*r elements */
141     unsigned char *immutable;          /* marks which digits are clues */
142     int completed, cheated;
143 };
144
145 static game_params *default_params(void)
146 {
147     game_params *ret = snew(game_params);
148
149     ret->c = ret->r = 3;
150     ret->symm = SYMM_ROT2;             /* a plausible default */
151     ret->diff = DIFF_BLOCK;            /* so is this */
152
153     return ret;
154 }
155
156 static void free_params(game_params *params)
157 {
158     sfree(params);
159 }
160
161 static game_params *dup_params(game_params *params)
162 {
163     game_params *ret = snew(game_params);
164     *ret = *params;                    /* structure copy */
165     return ret;
166 }
167
168 static int game_fetch_preset(int i, char **name, game_params **params)
169 {
170     static struct {
171         char *title;
172         game_params params;
173     } presets[] = {
174         { "2x2 Trivial", { 2, 2, SYMM_ROT2, DIFF_BLOCK } },
175         { "2x3 Basic", { 2, 3, SYMM_ROT2, DIFF_SIMPLE } },
176         { "3x3 Trivial", { 3, 3, SYMM_ROT2, DIFF_BLOCK } },
177         { "3x3 Basic", { 3, 3, SYMM_ROT2, DIFF_SIMPLE } },
178         { "3x3 Intermediate", { 3, 3, SYMM_ROT2, DIFF_INTERSECT } },
179         { "3x3 Advanced", { 3, 3, SYMM_ROT2, DIFF_SET } },
180         { "3x3 Unreasonable", { 3, 3, SYMM_ROT2, DIFF_RECURSIVE } },
181 #ifndef SLOW_SYSTEM
182         { "3x4 Basic", { 3, 4, SYMM_ROT2, DIFF_SIMPLE } },
183         { "4x4 Basic", { 4, 4, SYMM_ROT2, DIFF_SIMPLE } },
184 #endif
185     };
186
187     if (i < 0 || i >= lenof(presets))
188         return FALSE;
189
190     *name = dupstr(presets[i].title);
191     *params = dup_params(&presets[i].params);
192
193     return TRUE;
194 }
195
196 static void decode_params(game_params *ret, char const *string)
197 {
198     ret->c = ret->r = atoi(string);
199     while (*string && isdigit((unsigned char)*string)) string++;
200     if (*string == 'x') {
201         string++;
202         ret->r = atoi(string);
203         while (*string && isdigit((unsigned char)*string)) string++;
204     }
205     while (*string) {
206         if (*string == 'r' || *string == 'm' || *string == 'a') {
207             int sn, sc, sd;
208             sc = *string++;
209             if (*string == 'd') {
210                 sd = TRUE;
211                 string++;
212             } else {
213                 sd = FALSE;
214             }
215             sn = atoi(string);
216             while (*string && isdigit((unsigned char)*string)) string++;
217             if (sc == 'm' && sn == 8)
218                 ret->symm = SYMM_REF8;
219             if (sc == 'm' && sn == 4)
220                 ret->symm = sd ? SYMM_REF4D : SYMM_REF4;
221             if (sc == 'm' && sn == 2)
222                 ret->symm = sd ? SYMM_REF2D : SYMM_REF2;
223             if (sc == 'r' && sn == 4)
224                 ret->symm = SYMM_ROT4;
225             if (sc == 'r' && sn == 2)
226                 ret->symm = SYMM_ROT2;
227             if (sc == 'a')
228                 ret->symm = SYMM_NONE;
229         } else if (*string == 'd') {
230             string++;
231             if (*string == 't')        /* trivial */
232                 string++, ret->diff = DIFF_BLOCK;
233             else if (*string == 'b')   /* basic */
234                 string++, ret->diff = DIFF_SIMPLE;
235             else if (*string == 'i')   /* intermediate */
236                 string++, ret->diff = DIFF_INTERSECT;
237             else if (*string == 'a')   /* advanced */
238                 string++, ret->diff = DIFF_SET;
239             else if (*string == 'u')   /* unreasonable */
240                 string++, ret->diff = DIFF_RECURSIVE;
241         } else
242             string++;                  /* eat unknown character */
243     }
244 }
245
246 static char *encode_params(game_params *params, int full)
247 {
248     char str[80];
249
250     sprintf(str, "%dx%d", params->c, params->r);
251     if (full) {
252         switch (params->symm) {
253           case SYMM_REF8: strcat(str, "m8"); break;
254           case SYMM_REF4: strcat(str, "m4"); break;
255           case SYMM_REF4D: strcat(str, "md4"); break;
256           case SYMM_REF2: strcat(str, "m2"); break;
257           case SYMM_REF2D: strcat(str, "md2"); break;
258           case SYMM_ROT4: strcat(str, "r4"); break;
259           /* case SYMM_ROT2: strcat(str, "r2"); break; [default] */
260           case SYMM_NONE: strcat(str, "a"); break;
261         }
262         switch (params->diff) {
263           /* case DIFF_BLOCK: strcat(str, "dt"); break; [default] */
264           case DIFF_SIMPLE: strcat(str, "db"); break;
265           case DIFF_INTERSECT: strcat(str, "di"); break;
266           case DIFF_SET: strcat(str, "da"); break;
267           case DIFF_RECURSIVE: strcat(str, "du"); break;
268         }
269     }
270     return dupstr(str);
271 }
272
273 static config_item *game_configure(game_params *params)
274 {
275     config_item *ret;
276     char buf[80];
277
278     ret = snewn(5, config_item);
279
280     ret[0].name = "Columns of sub-blocks";
281     ret[0].type = C_STRING;
282     sprintf(buf, "%d", params->c);
283     ret[0].sval = dupstr(buf);
284     ret[0].ival = 0;
285
286     ret[1].name = "Rows of sub-blocks";
287     ret[1].type = C_STRING;
288     sprintf(buf, "%d", params->r);
289     ret[1].sval = dupstr(buf);
290     ret[1].ival = 0;
291
292     ret[2].name = "Symmetry";
293     ret[2].type = C_CHOICES;
294     ret[2].sval = ":None:2-way rotation:4-way rotation:2-way mirror:"
295         "2-way diagonal mirror:4-way mirror:4-way diagonal mirror:"
296         "8-way mirror";
297     ret[2].ival = params->symm;
298
299     ret[3].name = "Difficulty";
300     ret[3].type = C_CHOICES;
301     ret[3].sval = ":Trivial:Basic:Intermediate:Advanced:Unreasonable";
302     ret[3].ival = params->diff;
303
304     ret[4].name = NULL;
305     ret[4].type = C_END;
306     ret[4].sval = NULL;
307     ret[4].ival = 0;
308
309     return ret;
310 }
311
312 static game_params *custom_params(config_item *cfg)
313 {
314     game_params *ret = snew(game_params);
315
316     ret->c = atoi(cfg[0].sval);
317     ret->r = atoi(cfg[1].sval);
318     ret->symm = cfg[2].ival;
319     ret->diff = cfg[3].ival;
320
321     return ret;
322 }
323
324 static char *validate_params(game_params *params, int full)
325 {
326     if (params->c < 2 || params->r < 2)
327         return "Both dimensions must be at least 2";
328     if (params->c > ORDER_MAX || params->r > ORDER_MAX)
329         return "Dimensions greater than "STR(ORDER_MAX)" are not supported";
330     if ((params->c * params->r) > 36)
331         return "Unable to support more than 36 distinct symbols in a puzzle";
332     return NULL;
333 }
334
335 /* ----------------------------------------------------------------------
336  * Solver.
337  * 
338  * This solver is used for several purposes:
339  *  + to generate filled grids as the basis for new puzzles (by
340  *    supplying no clue squares at all)
341  *  + to check solubility of a grid as we gradually remove numbers
342  *    from it
343  *  + to solve an externally generated puzzle when the user selects
344  *    `Solve'.
345  * 
346  * It supports a variety of specific modes of reasoning. By
347  * enabling or disabling subsets of these modes we can arrange a
348  * range of difficulty levels.
349  */
350
351 /*
352  * Modes of reasoning currently supported:
353  *
354  *  - Positional elimination: a number must go in a particular
355  *    square because all the other empty squares in a given
356  *    row/col/blk are ruled out.
357  *
358  *  - Numeric elimination: a square must have a particular number
359  *    in because all the other numbers that could go in it are
360  *    ruled out.
361  *
362  *  - Intersectional analysis: given two domains which overlap
363  *    (hence one must be a block, and the other can be a row or
364  *    col), if the possible locations for a particular number in
365  *    one of the domains can be narrowed down to the overlap, then
366  *    that number can be ruled out everywhere but the overlap in
367  *    the other domain too.
368  *
369  *  - Set elimination: if there is a subset of the empty squares
370  *    within a domain such that the union of the possible numbers
371  *    in that subset has the same size as the subset itself, then
372  *    those numbers can be ruled out everywhere else in the domain.
373  *    (For example, if there are five empty squares and the
374  *    possible numbers in each are 12, 23, 13, 134 and 1345, then
375  *    the first three empty squares form such a subset: the numbers
376  *    1, 2 and 3 _must_ be in those three squares in some
377  *    permutation, and hence we can deduce none of them can be in
378  *    the fourth or fifth squares.)
379  *     + You can also see this the other way round, concentrating
380  *       on numbers rather than squares: if there is a subset of
381  *       the unplaced numbers within a domain such that the union
382  *       of all their possible positions has the same size as the
383  *       subset itself, then all other numbers can be ruled out for
384  *       those positions. However, it turns out that this is
385  *       exactly equivalent to the first formulation at all times:
386  *       there is a 1-1 correspondence between suitable subsets of
387  *       the unplaced numbers and suitable subsets of the unfilled
388  *       places, found by taking the _complement_ of the union of
389  *       the numbers' possible positions (or the spaces' possible
390  *       contents).
391  * 
392  *  - Recursion. If all else fails, we pick one of the currently
393  *    most constrained empty squares and take a random guess at its
394  *    contents, then continue solving on that basis and see if we
395  *    get any further.
396  */
397
398 /*
399  * Within this solver, I'm going to transform all y-coordinates by
400  * inverting the significance of the block number and the position
401  * within the block. That is, we will start with the top row of
402  * each block in order, then the second row of each block in order,
403  * etc.
404  * 
405  * This transformation has the enormous advantage that it means
406  * every row, column _and_ block is described by an arithmetic
407  * progression of coordinates within the cubic array, so that I can
408  * use the same very simple function to do blockwise, row-wise and
409  * column-wise elimination.
410  */
411 #define YTRANS(y) (((y)%c)*r+(y)/c)
412 #define YUNTRANS(y) (((y)%r)*c+(y)/r)
413
414 struct solver_usage {
415     int c, r, cr;
416     /*
417      * We set up a cubic array, indexed by x, y and digit; each
418      * element of this array is TRUE or FALSE according to whether
419      * or not that digit _could_ in principle go in that position.
420      *
421      * The way to index this array is cube[(x*cr+y)*cr+n-1].
422      * y-coordinates in here are transformed.
423      */
424     unsigned char *cube;
425     /*
426      * This is the grid in which we write down our final
427      * deductions. y-coordinates in here are _not_ transformed.
428      */
429     digit *grid;
430     /*
431      * Now we keep track, at a slightly higher level, of what we
432      * have yet to work out, to prevent doing the same deduction
433      * many times.
434      */
435     /* row[y*cr+n-1] TRUE if digit n has been placed in row y */
436     unsigned char *row;
437     /* col[x*cr+n-1] TRUE if digit n has been placed in row x */
438     unsigned char *col;
439     /* blk[(y*c+x)*cr+n-1] TRUE if digit n has been placed in block (x,y) */
440     unsigned char *blk;
441 };
442 #define cubepos(x,y,n) (((x)*usage->cr+(y))*usage->cr+(n)-1)
443 #define cube(x,y,n) (usage->cube[cubepos(x,y,n)])
444
445 /*
446  * Function called when we are certain that a particular square has
447  * a particular number in it. The y-coordinate passed in here is
448  * transformed.
449  */
450 static void solver_place(struct solver_usage *usage, int x, int y, int n)
451 {
452     int c = usage->c, r = usage->r, cr = usage->cr;
453     int i, j, bx, by;
454
455     assert(cube(x,y,n));
456
457     /*
458      * Rule out all other numbers in this square.
459      */
460     for (i = 1; i <= cr; i++)
461         if (i != n)
462             cube(x,y,i) = FALSE;
463
464     /*
465      * Rule out this number in all other positions in the row.
466      */
467     for (i = 0; i < cr; i++)
468         if (i != y)
469             cube(x,i,n) = FALSE;
470
471     /*
472      * Rule out this number in all other positions in the column.
473      */
474     for (i = 0; i < cr; i++)
475         if (i != x)
476             cube(i,y,n) = FALSE;
477
478     /*
479      * Rule out this number in all other positions in the block.
480      */
481     bx = (x/r)*r;
482     by = y % r;
483     for (i = 0; i < r; i++)
484         for (j = 0; j < c; j++)
485             if (bx+i != x || by+j*r != y)
486                 cube(bx+i,by+j*r,n) = FALSE;
487
488     /*
489      * Enter the number in the result grid.
490      */
491     usage->grid[YUNTRANS(y)*cr+x] = n;
492
493     /*
494      * Cross out this number from the list of numbers left to place
495      * in its row, its column and its block.
496      */
497     usage->row[y*cr+n-1] = usage->col[x*cr+n-1] =
498         usage->blk[((y%r)*c+(x/r))*cr+n-1] = TRUE;
499 }
500
501 static int solver_elim(struct solver_usage *usage, int start, int step
502 #ifdef STANDALONE_SOLVER
503                        , char *fmt, ...
504 #endif
505                        )
506 {
507     int c = usage->c, r = usage->r, cr = c*r;
508     int fpos, m, i;
509
510     /*
511      * Count the number of set bits within this section of the
512      * cube.
513      */
514     m = 0;
515     fpos = -1;
516     for (i = 0; i < cr; i++)
517         if (usage->cube[start+i*step]) {
518             fpos = start+i*step;
519             m++;
520         }
521
522     if (m == 1) {
523         int x, y, n;
524         assert(fpos >= 0);
525
526         n = 1 + fpos % cr;
527         y = fpos / cr;
528         x = y / cr;
529         y %= cr;
530
531         if (!usage->grid[YUNTRANS(y)*cr+x]) {
532 #ifdef STANDALONE_SOLVER
533             if (solver_show_working) {
534                 va_list ap;
535                 printf("%*s", solver_recurse_depth*4, "");
536                 va_start(ap, fmt);
537                 vprintf(fmt, ap);
538                 va_end(ap);
539                 printf(":\n%*s  placing %d at (%d,%d)\n",
540                        solver_recurse_depth*4, "", n, 1+x, 1+YUNTRANS(y));
541             }
542 #endif
543             solver_place(usage, x, y, n);
544             return +1;
545         }
546     } else if (m == 0) {
547 #ifdef STANDALONE_SOLVER
548         if (solver_show_working) {
549             va_list ap;
550             printf("%*s", solver_recurse_depth*4, "");
551             va_start(ap, fmt);
552             vprintf(fmt, ap);
553             va_end(ap);
554             printf(":\n%*s  no possibilities available\n",
555                    solver_recurse_depth*4, "");
556         }
557 #endif
558         return -1;
559     }
560
561     return 0;
562 }
563
564 static int solver_intersect(struct solver_usage *usage,
565                             int start1, int step1, int start2, int step2
566 #ifdef STANDALONE_SOLVER
567                             , char *fmt, ...
568 #endif
569                             )
570 {
571     int c = usage->c, r = usage->r, cr = c*r;
572     int ret, i;
573
574     /*
575      * Loop over the first domain and see if there's any set bit
576      * not also in the second.
577      */
578     for (i = 0; i < cr; i++) {
579         int p = start1+i*step1;
580         if (usage->cube[p] &&
581             !(p >= start2 && p < start2+cr*step2 &&
582               (p - start2) % step2 == 0))
583             return 0;                  /* there is, so we can't deduce */
584     }
585
586     /*
587      * We have determined that all set bits in the first domain are
588      * within its overlap with the second. So loop over the second
589      * domain and remove all set bits that aren't also in that
590      * overlap; return +1 iff we actually _did_ anything.
591      */
592     ret = 0;
593     for (i = 0; i < cr; i++) {
594         int p = start2+i*step2;
595         if (usage->cube[p] &&
596             !(p >= start1 && p < start1+cr*step1 && (p - start1) % step1 == 0))
597         {
598 #ifdef STANDALONE_SOLVER
599             if (solver_show_working) {
600                 int px, py, pn;
601
602                 if (!ret) {
603                     va_list ap;
604                     printf("%*s", solver_recurse_depth*4, "");
605                     va_start(ap, fmt);
606                     vprintf(fmt, ap);
607                     va_end(ap);
608                     printf(":\n");
609                 }
610
611                 pn = 1 + p % cr;
612                 py = p / cr;
613                 px = py / cr;
614                 py %= cr;
615
616                 printf("%*s  ruling out %d at (%d,%d)\n",
617                        solver_recurse_depth*4, "", pn, 1+px, 1+YUNTRANS(py));
618             }
619 #endif
620             ret = +1;                  /* we did something */
621             usage->cube[p] = 0;
622         }
623     }
624
625     return ret;
626 }
627
628 struct solver_scratch {
629     unsigned char *grid, *rowidx, *colidx, *set;
630 };
631
632 static int solver_set(struct solver_usage *usage,
633                       struct solver_scratch *scratch,
634                       int start, int step1, int step2
635 #ifdef STANDALONE_SOLVER
636                       , char *fmt, ...
637 #endif
638                       )
639 {
640     int c = usage->c, r = usage->r, cr = c*r;
641     int i, j, n, count;
642     unsigned char *grid = scratch->grid;
643     unsigned char *rowidx = scratch->rowidx;
644     unsigned char *colidx = scratch->colidx;
645     unsigned char *set = scratch->set;
646
647     /*
648      * We are passed a cr-by-cr matrix of booleans. Our first job
649      * is to winnow it by finding any definite placements - i.e.
650      * any row with a solitary 1 - and discarding that row and the
651      * column containing the 1.
652      */
653     memset(rowidx, TRUE, cr);
654     memset(colidx, TRUE, cr);
655     for (i = 0; i < cr; i++) {
656         int count = 0, first = -1;
657         for (j = 0; j < cr; j++)
658             if (usage->cube[start+i*step1+j*step2])
659                 first = j, count++;
660
661         /*
662          * If count == 0, then there's a row with no 1s at all and
663          * the puzzle is internally inconsistent. However, we ought
664          * to have caught this already during the simpler reasoning
665          * methods, so we can safely fail an assertion if we reach
666          * this point here.
667          */
668         assert(count > 0);
669         if (count == 1)
670             rowidx[i] = colidx[first] = FALSE;
671     }
672
673     /*
674      * Convert each of rowidx/colidx from a list of 0s and 1s to a
675      * list of the indices of the 1s.
676      */
677     for (i = j = 0; i < cr; i++)
678         if (rowidx[i])
679             rowidx[j++] = i;
680     n = j;
681     for (i = j = 0; i < cr; i++)
682         if (colidx[i])
683             colidx[j++] = i;
684     assert(n == j);
685
686     /*
687      * And create the smaller matrix.
688      */
689     for (i = 0; i < n; i++)
690         for (j = 0; j < n; j++)
691             grid[i*cr+j] = usage->cube[start+rowidx[i]*step1+colidx[j]*step2];
692
693     /*
694      * Having done that, we now have a matrix in which every row
695      * has at least two 1s in. Now we search to see if we can find
696      * a rectangle of zeroes (in the set-theoretic sense of
697      * `rectangle', i.e. a subset of rows crossed with a subset of
698      * columns) whose width and height add up to n.
699      */
700
701     memset(set, 0, n);
702     count = 0;
703     while (1) {
704         /*
705          * We have a candidate set. If its size is <=1 or >=n-1
706          * then we move on immediately.
707          */
708         if (count > 1 && count < n-1) {
709             /*
710              * The number of rows we need is n-count. See if we can
711              * find that many rows which each have a zero in all
712              * the positions listed in `set'.
713              */
714             int rows = 0;
715             for (i = 0; i < n; i++) {
716                 int ok = TRUE;
717                 for (j = 0; j < n; j++)
718                     if (set[j] && grid[i*cr+j]) {
719                         ok = FALSE;
720                         break;
721                     }
722                 if (ok)
723                     rows++;
724             }
725
726             /*
727              * We expect never to be able to get _more_ than
728              * n-count suitable rows: this would imply that (for
729              * example) there are four numbers which between them
730              * have at most three possible positions, and hence it
731              * indicates a faulty deduction before this point or
732              * even a bogus clue.
733              */
734             if (rows > n - count) {
735 #ifdef STANDALONE_SOLVER
736                 if (solver_show_working) {
737                     va_list ap;
738                     printf("%*s", solver_recurse_depth*4,
739                            "");
740                     va_start(ap, fmt);
741                     vprintf(fmt, ap);
742                     va_end(ap);
743                     printf(":\n%*s  contradiction reached\n",
744                            solver_recurse_depth*4, "");
745                 }
746 #endif
747                 return -1;
748             }
749
750             if (rows >= n - count) {
751                 int progress = FALSE;
752
753                 /*
754                  * We've got one! Now, for each row which _doesn't_
755                  * satisfy the criterion, eliminate all its set
756                  * bits in the positions _not_ listed in `set'.
757                  * Return +1 (meaning progress has been made) if we
758                  * successfully eliminated anything at all.
759                  * 
760                  * This involves referring back through
761                  * rowidx/colidx in order to work out which actual
762                  * positions in the cube to meddle with.
763                  */
764                 for (i = 0; i < n; i++) {
765                     int ok = TRUE;
766                     for (j = 0; j < n; j++)
767                         if (set[j] && grid[i*cr+j]) {
768                             ok = FALSE;
769                             break;
770                         }
771                     if (!ok) {
772                         for (j = 0; j < n; j++)
773                             if (!set[j] && grid[i*cr+j]) {
774                                 int fpos = (start+rowidx[i]*step1+
775                                             colidx[j]*step2);
776 #ifdef STANDALONE_SOLVER
777                                 if (solver_show_working) {
778                                     int px, py, pn;
779
780                                     if (!progress) {
781                                         va_list ap;
782                                         printf("%*s", solver_recurse_depth*4,
783                                                "");
784                                         va_start(ap, fmt);
785                                         vprintf(fmt, ap);
786                                         va_end(ap);
787                                         printf(":\n");
788                                     }
789
790                                     pn = 1 + fpos % cr;
791                                     py = fpos / cr;
792                                     px = py / cr;
793                                     py %= cr;
794
795                                     printf("%*s  ruling out %d at (%d,%d)\n",
796                                            solver_recurse_depth*4, "",
797                                            pn, 1+px, 1+YUNTRANS(py));
798                                 }
799 #endif
800                                 progress = TRUE;
801                                 usage->cube[fpos] = FALSE;
802                             }
803                     }
804                 }
805
806                 if (progress) {
807                     return +1;
808                 }
809             }
810         }
811
812         /*
813          * Binary increment: change the rightmost 0 to a 1, and
814          * change all 1s to the right of it to 0s.
815          */
816         i = n;
817         while (i > 0 && set[i-1])
818             set[--i] = 0, count--;
819         if (i > 0)
820             set[--i] = 1, count++;
821         else
822             break;                     /* done */
823     }
824
825     return 0;
826 }
827
828 static struct solver_scratch *solver_new_scratch(struct solver_usage *usage)
829 {
830     struct solver_scratch *scratch = snew(struct solver_scratch);
831     int cr = usage->cr;
832     scratch->grid = snewn(cr*cr, unsigned char);
833     scratch->rowidx = snewn(cr, unsigned char);
834     scratch->colidx = snewn(cr, unsigned char);
835     scratch->set = snewn(cr, unsigned char);
836     return scratch;
837 }
838
839 static void solver_free_scratch(struct solver_scratch *scratch)
840 {
841     sfree(scratch->set);
842     sfree(scratch->colidx);
843     sfree(scratch->rowidx);
844     sfree(scratch->grid);
845     sfree(scratch);
846 }
847
848 static int solver(int c, int r, digit *grid, int maxdiff)
849 {
850     struct solver_usage *usage;
851     struct solver_scratch *scratch;
852     int cr = c*r;
853     int x, y, n, ret;
854     int diff = DIFF_BLOCK;
855
856     /*
857      * Set up a usage structure as a clean slate (everything
858      * possible).
859      */
860     usage = snew(struct solver_usage);
861     usage->c = c;
862     usage->r = r;
863     usage->cr = cr;
864     usage->cube = snewn(cr*cr*cr, unsigned char);
865     usage->grid = grid;                /* write straight back to the input */
866     memset(usage->cube, TRUE, cr*cr*cr);
867
868     usage->row = snewn(cr * cr, unsigned char);
869     usage->col = snewn(cr * cr, unsigned char);
870     usage->blk = snewn(cr * cr, unsigned char);
871     memset(usage->row, FALSE, cr * cr);
872     memset(usage->col, FALSE, cr * cr);
873     memset(usage->blk, FALSE, cr * cr);
874
875     scratch = solver_new_scratch(usage);
876
877     /*
878      * Place all the clue numbers we are given.
879      */
880     for (x = 0; x < cr; x++)
881         for (y = 0; y < cr; y++)
882             if (grid[y*cr+x])
883                 solver_place(usage, x, YTRANS(y), grid[y*cr+x]);
884
885     /*
886      * Now loop over the grid repeatedly trying all permitted modes
887      * of reasoning. The loop terminates if we complete an
888      * iteration without making any progress; we then return
889      * failure or success depending on whether the grid is full or
890      * not.
891      */
892     while (1) {
893         /*
894          * I'd like to write `continue;' inside each of the
895          * following loops, so that the solver returns here after
896          * making some progress. However, I can't specify that I
897          * want to continue an outer loop rather than the innermost
898          * one, so I'm apologetically resorting to a goto.
899          */
900         cont:
901
902         /*
903          * Blockwise positional elimination.
904          */
905         for (x = 0; x < cr; x += r)
906             for (y = 0; y < r; y++)
907                 for (n = 1; n <= cr; n++)
908                     if (!usage->blk[(y*c+(x/r))*cr+n-1]) {
909                         ret = solver_elim(usage, cubepos(x,y,n), r*cr
910 #ifdef STANDALONE_SOLVER
911                                           , "positional elimination,"
912                                           " %d in block (%d,%d)", n, 1+x/r, 1+y
913 #endif
914                                           );
915                         if (ret < 0) {
916                             diff = DIFF_IMPOSSIBLE;
917                             goto got_result;
918                         } else if (ret > 0) {
919                             diff = max(diff, DIFF_BLOCK);
920                             goto cont;
921                         }
922                     }
923
924         if (maxdiff <= DIFF_BLOCK)
925             break;
926
927         /*
928          * Row-wise positional elimination.
929          */
930         for (y = 0; y < cr; y++)
931             for (n = 1; n <= cr; n++)
932                 if (!usage->row[y*cr+n-1]) {
933                     ret = solver_elim(usage, cubepos(0,y,n), cr*cr
934 #ifdef STANDALONE_SOLVER
935                                       , "positional elimination,"
936                                       " %d in row %d", n, 1+YUNTRANS(y)
937 #endif
938                                       );
939                     if (ret < 0) {
940                         diff = DIFF_IMPOSSIBLE;
941                         goto got_result;
942                     } else if (ret > 0) {
943                         diff = max(diff, DIFF_SIMPLE);
944                         goto cont;
945                     }
946                 }
947         /*
948          * Column-wise positional elimination.
949          */
950         for (x = 0; x < cr; x++)
951             for (n = 1; n <= cr; n++)
952                 if (!usage->col[x*cr+n-1]) {
953                     ret = solver_elim(usage, cubepos(x,0,n), cr
954 #ifdef STANDALONE_SOLVER
955                                       , "positional elimination,"
956                                       " %d in column %d", n, 1+x
957 #endif
958                                       );
959                     if (ret < 0) {
960                         diff = DIFF_IMPOSSIBLE;
961                         goto got_result;
962                     } else if (ret > 0) {
963                         diff = max(diff, DIFF_SIMPLE);
964                         goto cont;
965                     }
966                 }
967
968         /*
969          * Numeric elimination.
970          */
971         for (x = 0; x < cr; x++)
972             for (y = 0; y < cr; y++)
973                 if (!usage->grid[YUNTRANS(y)*cr+x]) {
974                     ret = solver_elim(usage, cubepos(x,y,1), 1
975 #ifdef STANDALONE_SOLVER
976                                       , "numeric elimination at (%d,%d)", 1+x,
977                                       1+YUNTRANS(y)
978 #endif
979                                       );
980                     if (ret < 0) {
981                         diff = DIFF_IMPOSSIBLE;
982                         goto got_result;
983                     } else if (ret > 0) {
984                         diff = max(diff, DIFF_SIMPLE);
985                         goto cont;
986                     }
987                 }
988
989         if (maxdiff <= DIFF_SIMPLE)
990             break;
991
992         /*
993          * Intersectional analysis, rows vs blocks.
994          */
995         for (y = 0; y < cr; y++)
996             for (x = 0; x < cr; x += r)
997                 for (n = 1; n <= cr; n++)
998                     /*
999                      * solver_intersect() never returns -1.
1000                      */
1001                     if (!usage->row[y*cr+n-1] &&
1002                         !usage->blk[((y%r)*c+(x/r))*cr+n-1] &&
1003                         (solver_intersect(usage, cubepos(0,y,n), cr*cr,
1004                                           cubepos(x,y%r,n), r*cr
1005 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1006                                           , "intersectional analysis,"
1007                                           " %d in row %d vs block (%d,%d)",
1008                                           n, 1+YUNTRANS(y), 1+x/r, 1+y%r
1009 #endif
1010                                           ) ||
1011                          solver_intersect(usage, cubepos(x,y%r,n), r*cr,
1012                                           cubepos(0,y,n), cr*cr
1013 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1014                                           , "intersectional analysis,"
1015                                           " %d in block (%d,%d) vs row %d",
1016                                           n, 1+x/r, 1+y%r, 1+YUNTRANS(y)
1017 #endif
1018                                           ))) {
1019                         diff = max(diff, DIFF_INTERSECT);
1020                         goto cont;
1021                     }
1022
1023         /*
1024          * Intersectional analysis, columns vs blocks.
1025          */
1026         for (x = 0; x < cr; x++)
1027             for (y = 0; y < r; y++)
1028                 for (n = 1; n <= cr; n++)
1029                     if (!usage->col[x*cr+n-1] &&
1030                         !usage->blk[(y*c+(x/r))*cr+n-1] &&
1031                         (solver_intersect(usage, cubepos(x,0,n), cr,
1032                                           cubepos((x/r)*r,y,n), r*cr
1033 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1034                                           , "intersectional analysis,"
1035                                           " %d in column %d vs block (%d,%d)",
1036                                           n, 1+x, 1+x/r, 1+y
1037 #endif
1038                                           ) ||
1039                          solver_intersect(usage, cubepos((x/r)*r,y,n), r*cr,
1040                                           cubepos(x,0,n), cr
1041 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1042                                           , "intersectional analysis,"
1043                                           " %d in block (%d,%d) vs column %d",
1044                                           n, 1+x/r, 1+y, 1+x
1045 #endif
1046                                           ))) {
1047                         diff = max(diff, DIFF_INTERSECT);
1048                         goto cont;
1049                     }
1050
1051         if (maxdiff <= DIFF_INTERSECT)
1052             break;
1053
1054         /*
1055          * Blockwise set elimination.
1056          */
1057         for (x = 0; x < cr; x += r)
1058             for (y = 0; y < r; y++) {
1059                 ret = solver_set(usage, scratch, cubepos(x,y,1), r*cr, 1
1060 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1061                                  , "set elimination, block (%d,%d)", 1+x/r, 1+y
1062 #endif
1063                                  );
1064                 if (ret < 0) {
1065                     diff = DIFF_IMPOSSIBLE;
1066                     goto got_result;
1067                 } else if (ret > 0) {
1068                     diff = max(diff, DIFF_SET);
1069                     goto cont;
1070                 }
1071             }
1072
1073         /*
1074          * Row-wise set elimination.
1075          */
1076         for (y = 0; y < cr; y++) {
1077             ret = solver_set(usage, scratch, cubepos(0,y,1), cr*cr, 1
1078 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1079                              , "set elimination, row %d", 1+YUNTRANS(y)
1080 #endif
1081                              );
1082             if (ret < 0) {
1083                 diff = DIFF_IMPOSSIBLE;
1084                 goto got_result;
1085             } else if (ret > 0) {
1086                 diff = max(diff, DIFF_SET);
1087                 goto cont;
1088             }
1089         }
1090
1091         /*
1092          * Column-wise set elimination.
1093          */
1094         for (x = 0; x < cr; x++) {
1095             ret = solver_set(usage, scratch, cubepos(x,0,1), cr, 1
1096 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1097                              , "set elimination, column %d", 1+x
1098 #endif
1099                              );
1100             if (ret < 0) {
1101                 diff = DIFF_IMPOSSIBLE;
1102                 goto got_result;
1103             } else if (ret > 0) {
1104                 diff = max(diff, DIFF_SET);
1105                 goto cont;
1106             }
1107         }
1108
1109         /*
1110          * If we reach here, we have made no deductions in this
1111          * iteration, so the algorithm terminates.
1112          */
1113         break;
1114     }
1115
1116     /*
1117      * Last chance: if we haven't fully solved the puzzle yet, try
1118      * recursing based on guesses for a particular square. We pick
1119      * one of the most constrained empty squares we can find, which
1120      * has the effect of pruning the search tree as much as
1121      * possible.
1122      */
1123     if (maxdiff >= DIFF_RECURSIVE) {
1124         int best, bestcount;
1125
1126         best = -1;
1127         bestcount = cr+1;
1128
1129         for (y = 0; y < cr; y++)
1130             for (x = 0; x < cr; x++)
1131                 if (!grid[y*cr+x]) {
1132                     int count;
1133
1134                     /*
1135                      * An unfilled square. Count the number of
1136                      * possible digits in it.
1137                      */
1138                     count = 0;
1139                     for (n = 1; n <= cr; n++)
1140                         if (cube(x,YTRANS(y),n))
1141                             count++;
1142
1143                     /*
1144                      * We should have found any impossibilities
1145                      * already, so this can safely be an assert.
1146                      */
1147                     assert(count > 1);
1148
1149                     if (count < bestcount) {
1150                         bestcount = count;
1151                         best = y*cr+x;
1152                     }
1153                 }
1154
1155         if (best != -1) {
1156             int i, j;
1157             digit *list, *ingrid, *outgrid;
1158
1159             diff = DIFF_IMPOSSIBLE;    /* no solution found yet */
1160
1161             /*
1162              * Attempt recursion.
1163              */
1164             y = best / cr;
1165             x = best % cr;
1166
1167             list = snewn(cr, digit);
1168             ingrid = snewn(cr * cr, digit);
1169             outgrid = snewn(cr * cr, digit);
1170             memcpy(ingrid, grid, cr * cr);
1171
1172             /* Make a list of the possible digits. */
1173             for (j = 0, n = 1; n <= cr; n++)
1174                 if (cube(x,YTRANS(y),n))
1175                     list[j++] = n;
1176
1177 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1178             if (solver_show_working) {
1179                 char *sep = "";
1180                 printf("%*srecursing on (%d,%d) [",
1181                        solver_recurse_depth*4, "", x, y);
1182                 for (i = 0; i < j; i++) {
1183                     printf("%s%d", sep, list[i]);
1184                     sep = " or ";
1185                 }
1186                 printf("]\n");
1187             }
1188 #endif
1189
1190             /*
1191              * And step along the list, recursing back into the
1192              * main solver at every stage.
1193              */
1194             for (i = 0; i < j; i++) {
1195                 int ret;
1196
1197                 memcpy(outgrid, ingrid, cr * cr);
1198                 outgrid[y*cr+x] = list[i];
1199
1200 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1201                 if (solver_show_working)
1202                     printf("%*sguessing %d at (%d,%d)\n",
1203                            solver_recurse_depth*4, "", list[i], x, y);
1204                 solver_recurse_depth++;
1205 #endif
1206
1207                 ret = solver(c, r, outgrid, maxdiff);
1208
1209 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1210                 solver_recurse_depth--;
1211                 if (solver_show_working) {
1212                     printf("%*sretracting %d at (%d,%d)\n",
1213                            solver_recurse_depth*4, "", list[i], x, y);
1214                 }
1215 #endif
1216
1217                 /*
1218                  * If we have our first solution, copy it into the
1219                  * grid we will return.
1220                  */
1221                 if (diff == DIFF_IMPOSSIBLE && ret != DIFF_IMPOSSIBLE)
1222                     memcpy(grid, outgrid, cr*cr);
1223
1224                 if (ret == DIFF_AMBIGUOUS)
1225                     diff = DIFF_AMBIGUOUS;
1226                 else if (ret == DIFF_IMPOSSIBLE)
1227                     /* do not change our return value */;
1228                 else {
1229                     /* the recursion turned up exactly one solution */
1230                     if (diff == DIFF_IMPOSSIBLE)
1231                         diff = DIFF_RECURSIVE;
1232                     else
1233                         diff = DIFF_AMBIGUOUS;
1234                 }
1235
1236                 /*
1237                  * As soon as we've found more than one solution,
1238                  * give up immediately.
1239                  */
1240                 if (diff == DIFF_AMBIGUOUS)
1241                     break;
1242             }
1243
1244             sfree(outgrid);
1245             sfree(ingrid);
1246             sfree(list);
1247         }
1248
1249     } else {
1250         /*
1251          * We're forbidden to use recursion, so we just see whether
1252          * our grid is fully solved, and return DIFF_IMPOSSIBLE
1253          * otherwise.
1254          */
1255         for (y = 0; y < cr; y++)
1256             for (x = 0; x < cr; x++)
1257                 if (!grid[y*cr+x])
1258                     diff = DIFF_IMPOSSIBLE;
1259     }
1260
1261     got_result:;
1262
1263 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1264     if (solver_show_working)
1265         printf("%*s%s found\n",
1266                solver_recurse_depth*4, "",
1267                diff == DIFF_IMPOSSIBLE ? "no solution" :
1268                diff == DIFF_AMBIGUOUS ? "multiple solutions" :
1269                "one solution");
1270 #endif
1271
1272     sfree(usage->cube);
1273     sfree(usage->row);
1274     sfree(usage->col);
1275     sfree(usage->blk);
1276     sfree(usage);
1277
1278     solver_free_scratch(scratch);
1279
1280     return diff;
1281 }
1282
1283 /* ----------------------------------------------------------------------
1284  * End of solver code.
1285  */
1286
1287 /* ----------------------------------------------------------------------
1288  * Solo filled-grid generator.
1289  *
1290  * This grid generator works by essentially trying to solve a grid
1291  * starting from no clues, and not worrying that there's more than
1292  * one possible solution. Unfortunately, it isn't computationally
1293  * feasible to do this by calling the above solver with an empty
1294  * grid, because that one needs to allocate a lot of scratch space
1295  * at every recursion level. Instead, I have a much simpler
1296  * algorithm which I shamelessly copied from a Python solver
1297  * written by Andrew Wilkinson (which is GPLed, but I've reused
1298  * only ideas and no code). It mostly just does the obvious
1299  * recursive thing: pick an empty square, put one of the possible
1300  * digits in it, recurse until all squares are filled, backtrack
1301  * and change some choices if necessary.
1302  *
1303  * The clever bit is that every time it chooses which square to
1304  * fill in next, it does so by counting the number of _possible_
1305  * numbers that can go in each square, and it prioritises so that
1306  * it picks a square with the _lowest_ number of possibilities. The
1307  * idea is that filling in lots of the obvious bits (particularly
1308  * any squares with only one possibility) will cut down on the list
1309  * of possibilities for other squares and hence reduce the enormous
1310  * search space as much as possible as early as possible.
1311  */
1312
1313 /*
1314  * Internal data structure used in gridgen to keep track of
1315  * progress.
1316  */
1317 struct gridgen_coord { int x, y, r; };
1318 struct gridgen_usage {
1319     int c, r, cr;                      /* cr == c*r */
1320     /* grid is a copy of the input grid, modified as we go along */
1321     digit *grid;
1322     /* row[y*cr+n-1] TRUE if digit n has been placed in row y */
1323     unsigned char *row;
1324     /* col[x*cr+n-1] TRUE if digit n has been placed in row x */
1325     unsigned char *col;
1326     /* blk[(y*c+x)*cr+n-1] TRUE if digit n has been placed in block (x,y) */
1327     unsigned char *blk;
1328     /* This lists all the empty spaces remaining in the grid. */
1329     struct gridgen_coord *spaces;
1330     int nspaces;
1331     /* If we need randomisation in the solve, this is our random state. */
1332     random_state *rs;
1333 };
1334
1335 /*
1336  * The real recursive step in the generating function.
1337  */
1338 static int gridgen_real(struct gridgen_usage *usage, digit *grid)
1339 {
1340     int c = usage->c, r = usage->r, cr = usage->cr;
1341     int i, j, n, sx, sy, bestm, bestr, ret;
1342     int *digits;
1343
1344     /*
1345      * Firstly, check for completion! If there are no spaces left
1346      * in the grid, we have a solution.
1347      */
1348     if (usage->nspaces == 0) {
1349         memcpy(grid, usage->grid, cr * cr);
1350         return TRUE;
1351     }
1352
1353     /*
1354      * Otherwise, there must be at least one space. Find the most
1355      * constrained space, using the `r' field as a tie-breaker.
1356      */
1357     bestm = cr+1;                      /* so that any space will beat it */
1358     bestr = 0;
1359     i = sx = sy = -1;
1360     for (j = 0; j < usage->nspaces; j++) {
1361         int x = usage->spaces[j].x, y = usage->spaces[j].y;
1362         int m;
1363
1364         /*
1365          * Find the number of digits that could go in this space.
1366          */
1367         m = 0;
1368         for (n = 0; n < cr; n++)
1369             if (!usage->row[y*cr+n] && !usage->col[x*cr+n] &&
1370                 !usage->blk[((y/c)*c+(x/r))*cr+n])
1371                 m++;
1372
1373         if (m < bestm || (m == bestm && usage->spaces[j].r < bestr)) {
1374             bestm = m;
1375             bestr = usage->spaces[j].r;
1376             sx = x;
1377             sy = y;
1378             i = j;
1379         }
1380     }
1381
1382     /*
1383      * Swap that square into the final place in the spaces array,
1384      * so that decrementing nspaces will remove it from the list.
1385      */
1386     if (i != usage->nspaces-1) {
1387         struct gridgen_coord t;
1388         t = usage->spaces[usage->nspaces-1];
1389         usage->spaces[usage->nspaces-1] = usage->spaces[i];
1390         usage->spaces[i] = t;
1391     }
1392
1393     /*
1394      * Now we've decided which square to start our recursion at,
1395      * simply go through all possible values, shuffling them
1396      * randomly first if necessary.
1397      */
1398     digits = snewn(bestm, int);
1399     j = 0;
1400     for (n = 0; n < cr; n++)
1401         if (!usage->row[sy*cr+n] && !usage->col[sx*cr+n] &&
1402             !usage->blk[((sy/c)*c+(sx/r))*cr+n]) {
1403             digits[j++] = n+1;
1404         }
1405
1406     if (usage->rs)
1407         shuffle(digits, j, sizeof(*digits), usage->rs);
1408
1409     /* And finally, go through the digit list and actually recurse. */
1410     ret = FALSE;
1411     for (i = 0; i < j; i++) {
1412         n = digits[i];
1413
1414         /* Update the usage structure to reflect the placing of this digit. */
1415         usage->row[sy*cr+n-1] = usage->col[sx*cr+n-1] =
1416             usage->blk[((sy/c)*c+(sx/r))*cr+n-1] = TRUE;
1417         usage->grid[sy*cr+sx] = n;
1418         usage->nspaces--;
1419
1420         /* Call the solver recursively. Stop when we find a solution. */
1421         if (gridgen_real(usage, grid))
1422             ret = TRUE;
1423
1424         /* Revert the usage structure. */
1425         usage->row[sy*cr+n-1] = usage->col[sx*cr+n-1] =
1426             usage->blk[((sy/c)*c+(sx/r))*cr+n-1] = FALSE;
1427         usage->grid[sy*cr+sx] = 0;
1428         usage->nspaces++;
1429
1430         if (ret)
1431             break;
1432     }
1433
1434     sfree(digits);
1435     return ret;
1436 }
1437
1438 /*
1439  * Entry point to generator. You give it dimensions and a starting
1440  * grid, which is simply an array of cr*cr digits.
1441  */
1442 static void gridgen(int c, int r, digit *grid, random_state *rs)
1443 {
1444     struct gridgen_usage *usage;
1445     int x, y, cr = c*r;
1446
1447     /*
1448      * Clear the grid to start with.
1449      */
1450     memset(grid, 0, cr*cr);
1451
1452     /*
1453      * Create a gridgen_usage structure.
1454      */
1455     usage = snew(struct gridgen_usage);
1456
1457     usage->c = c;
1458     usage->r = r;
1459     usage->cr = cr;
1460
1461     usage->grid = snewn(cr * cr, digit);
1462     memcpy(usage->grid, grid, cr * cr);
1463
1464     usage->row = snewn(cr * cr, unsigned char);
1465     usage->col = snewn(cr * cr, unsigned char);
1466     usage->blk = snewn(cr * cr, unsigned char);
1467     memset(usage->row, FALSE, cr * cr);
1468     memset(usage->col, FALSE, cr * cr);
1469     memset(usage->blk, FALSE, cr * cr);
1470
1471     usage->spaces = snewn(cr * cr, struct gridgen_coord);
1472     usage->nspaces = 0;
1473
1474     usage->rs = rs;
1475
1476     /*
1477      * Initialise the list of grid spaces.
1478      */
1479     for (y = 0; y < cr; y++) {
1480         for (x = 0; x < cr; x++) {
1481             usage->spaces[usage->nspaces].x = x;
1482             usage->spaces[usage->nspaces].y = y;
1483             usage->spaces[usage->nspaces].r = random_bits(rs, 31);
1484             usage->nspaces++;
1485         }
1486     }
1487
1488     /*
1489      * Run the real generator function.
1490      */
1491     gridgen_real(usage, grid);
1492
1493     /*
1494      * Clean up the usage structure now we have our answer.
1495      */
1496     sfree(usage->spaces);
1497     sfree(usage->blk);
1498     sfree(usage->col);
1499     sfree(usage->row);
1500     sfree(usage->grid);
1501     sfree(usage);
1502 }
1503
1504 /* ----------------------------------------------------------------------
1505  * End of grid generator code.
1506  */
1507
1508 /*
1509  * Check whether a grid contains a valid complete puzzle.
1510  */
1511 static int check_valid(int c, int r, digit *grid)
1512 {
1513     int cr = c*r;
1514     unsigned char *used;
1515     int x, y, n;
1516
1517     used = snewn(cr, unsigned char);
1518
1519     /*
1520      * Check that each row contains precisely one of everything.
1521      */
1522     for (y = 0; y < cr; y++) {
1523         memset(used, FALSE, cr);
1524         for (x = 0; x < cr; x++)
1525             if (grid[y*cr+x] > 0 && grid[y*cr+x] <= cr)
1526                 used[grid[y*cr+x]-1] = TRUE;
1527         for (n = 0; n < cr; n++)
1528             if (!used[n]) {
1529                 sfree(used);
1530                 return FALSE;
1531             }
1532     }
1533
1534     /*
1535      * Check that each column contains precisely one of everything.
1536      */
1537     for (x = 0; x < cr; x++) {
1538         memset(used, FALSE, cr);
1539         for (y = 0; y < cr; y++)
1540             if (grid[y*cr+x] > 0 && grid[y*cr+x] <= cr)
1541                 used[grid[y*cr+x]-1] = TRUE;
1542         for (n = 0; n < cr; n++)
1543             if (!used[n]) {
1544                 sfree(used);
1545                 return FALSE;
1546             }
1547     }
1548
1549     /*
1550      * Check that each block contains precisely one of everything.
1551      */
1552     for (x = 0; x < cr; x += r) {
1553         for (y = 0; y < cr; y += c) {
1554             int xx, yy;
1555             memset(used, FALSE, cr);
1556             for (xx = x; xx < x+r; xx++)
1557                 for (yy = 0; yy < y+c; yy++)
1558                     if (grid[yy*cr+xx] > 0 && grid[yy*cr+xx] <= cr)
1559                         used[grid[yy*cr+xx]-1] = TRUE;
1560             for (n = 0; n < cr; n++)
1561                 if (!used[n]) {
1562                     sfree(used);
1563                     return FALSE;
1564                 }
1565         }
1566     }
1567
1568     sfree(used);
1569     return TRUE;
1570 }
1571
1572 static int symmetries(game_params *params, int x, int y, int *output, int s)
1573 {
1574     int c = params->c, r = params->r, cr = c*r;
1575     int i = 0;
1576
1577 #define ADD(x,y) (*output++ = (x), *output++ = (y), i++)
1578
1579     ADD(x, y);
1580
1581     switch (s) {
1582       case SYMM_NONE:
1583         break;                         /* just x,y is all we need */
1584       case SYMM_ROT2:
1585         ADD(cr - 1 - x, cr - 1 - y);
1586         break;
1587       case SYMM_ROT4:
1588         ADD(cr - 1 - y, x);
1589         ADD(y, cr - 1 - x);
1590         ADD(cr - 1 - x, cr - 1 - y);
1591         break;
1592       case SYMM_REF2:
1593         ADD(cr - 1 - x, y);
1594         break;
1595       case SYMM_REF2D:
1596         ADD(y, x);
1597         break;
1598       case SYMM_REF4:
1599         ADD(cr - 1 - x, y);
1600         ADD(x, cr - 1 - y);
1601         ADD(cr - 1 - x, cr - 1 - y);
1602         break;
1603       case SYMM_REF4D:
1604         ADD(y, x);
1605         ADD(cr - 1 - x, cr - 1 - y);
1606         ADD(cr - 1 - y, cr - 1 - x);
1607         break;
1608       case SYMM_REF8:
1609         ADD(cr - 1 - x, y);
1610         ADD(x, cr - 1 - y);
1611         ADD(cr - 1 - x, cr - 1 - y);
1612         ADD(y, x);
1613         ADD(y, cr - 1 - x);
1614         ADD(cr - 1 - y, x);
1615         ADD(cr - 1 - y, cr - 1 - x);
1616         break;
1617     }
1618
1619 #undef ADD
1620
1621     return i;
1622 }
1623
1624 static char *encode_solve_move(int cr, digit *grid)
1625 {
1626     int i, len;
1627     char *ret, *p, *sep;
1628
1629     /*
1630      * It's surprisingly easy to work out _exactly_ how long this
1631      * string needs to be. To decimal-encode all the numbers from 1
1632      * to n:
1633      * 
1634      *  - every number has a units digit; total is n.
1635      *  - all numbers above 9 have a tens digit; total is max(n-9,0).
1636      *  - all numbers above 99 have a hundreds digit; total is max(n-99,0).
1637      *  - and so on.
1638      */
1639     len = 0;
1640     for (i = 1; i <= cr; i *= 10)
1641         len += max(cr - i + 1, 0);
1642     len += cr;                 /* don't forget the commas */
1643     len *= cr;                 /* there are cr rows of these */
1644
1645     /*
1646      * Now len is one bigger than the total size of the
1647      * comma-separated numbers (because we counted an
1648      * additional leading comma). We need to have a leading S
1649      * and a trailing NUL, so we're off by one in total.
1650      */
1651     len++;
1652
1653     ret = snewn(len, char);
1654     p = ret;
1655     *p++ = 'S';
1656     sep = "";
1657     for (i = 0; i < cr*cr; i++) {
1658         p += sprintf(p, "%s%d", sep, grid[i]);
1659         sep = ",";
1660     }
1661     *p++ = '\0';
1662     assert(p - ret == len);
1663
1664     return ret;
1665 }
1666
1667 static char *new_game_desc(game_params *params, random_state *rs,
1668                            char **aux, int interactive)
1669 {
1670     int c = params->c, r = params->r, cr = c*r;
1671     int area = cr*cr;
1672     digit *grid, *grid2;
1673     struct xy { int x, y; } *locs;
1674     int nlocs;
1675     char *desc;
1676     int coords[16], ncoords;
1677     int *symmclasses, nsymmclasses;
1678     int maxdiff, recursing;
1679
1680     /*
1681      * Adjust the maximum difficulty level to be consistent with
1682      * the puzzle size: all 2x2 puzzles appear to be Trivial
1683      * (DIFF_BLOCK) so we cannot hold out for even a Basic
1684      * (DIFF_SIMPLE) one.
1685      */
1686     maxdiff = params->diff;
1687     if (c == 2 && r == 2)
1688         maxdiff = DIFF_BLOCK;
1689
1690     grid = snewn(area, digit);
1691     locs = snewn(area, struct xy);
1692     grid2 = snewn(area, digit);
1693
1694     /*
1695      * Find the set of equivalence classes of squares permitted
1696      * by the selected symmetry. We do this by enumerating all
1697      * the grid squares which have no symmetric companion
1698      * sorting lower than themselves.
1699      */
1700     nsymmclasses = 0;
1701     symmclasses = snewn(cr * cr, int);
1702     {
1703         int x, y;
1704
1705         for (y = 0; y < cr; y++)
1706             for (x = 0; x < cr; x++) {
1707                 int i = y*cr+x;
1708                 int j;
1709
1710                 ncoords = symmetries(params, x, y, coords, params->symm);
1711                 for (j = 0; j < ncoords; j++)
1712                     if (coords[2*j+1]*cr+coords[2*j] < i)
1713                         break;
1714                 if (j == ncoords)
1715                     symmclasses[nsymmclasses++] = i;
1716             }
1717     }
1718
1719     /*
1720      * Loop until we get a grid of the required difficulty. This is
1721      * nasty, but it seems to be unpleasantly hard to generate
1722      * difficult grids otherwise.
1723      */
1724     do {
1725         /*
1726          * Generate a random solved state.
1727          */
1728         gridgen(c, r, grid, rs);
1729         assert(check_valid(c, r, grid));
1730
1731         /*
1732          * Save the solved grid in aux.
1733          */
1734         {
1735             /*
1736              * We might already have written *aux the last time we
1737              * went round this loop, in which case we should free
1738              * the old aux before overwriting it with the new one.
1739              */
1740             if (*aux) {
1741                 sfree(*aux);
1742             }
1743
1744             *aux = encode_solve_move(cr, grid);
1745         }
1746
1747         /*
1748          * Now we have a solved grid, start removing things from it
1749          * while preserving solubility.
1750          */
1751         recursing = FALSE;
1752         while (1) {
1753             int x, y, i, j;
1754
1755             /*
1756              * Iterate over the grid and enumerate all the filled
1757              * squares we could empty.
1758              */
1759             nlocs = 0;
1760
1761             for (i = 0; i < nsymmclasses; i++) {
1762                 x = symmclasses[i] % cr;
1763                 y = symmclasses[i] / cr;
1764                 if (grid[y*cr+x]) {
1765                     locs[nlocs].x = x;
1766                     locs[nlocs].y = y;
1767                     nlocs++;
1768                 }
1769             }
1770
1771             /*
1772              * Now shuffle that list.
1773              */
1774             shuffle(locs, nlocs, sizeof(*locs), rs);
1775
1776             /*
1777              * Now loop over the shuffled list and, for each element,
1778              * see whether removing that element (and its reflections)
1779              * from the grid will still leave the grid soluble by
1780              * solver.
1781              */
1782             for (i = 0; i < nlocs; i++) {
1783                 int ret;
1784
1785                 x = locs[i].x;
1786                 y = locs[i].y;
1787
1788                 memcpy(grid2, grid, area);
1789                 ncoords = symmetries(params, x, y, coords, params->symm);
1790                 for (j = 0; j < ncoords; j++)
1791                     grid2[coords[2*j+1]*cr+coords[2*j]] = 0;
1792
1793                 ret = solver(c, r, grid2, maxdiff);
1794                 if (ret != DIFF_IMPOSSIBLE && ret != DIFF_AMBIGUOUS) {
1795                     for (j = 0; j < ncoords; j++)
1796                         grid[coords[2*j+1]*cr+coords[2*j]] = 0;
1797                     break;
1798                 }
1799             }
1800
1801             if (i == nlocs) {
1802                 /*
1803                  * There was nothing we could remove without
1804                  * destroying solvability. Give up.
1805                  */
1806                 break;
1807             }
1808         }
1809
1810         memcpy(grid2, grid, area);
1811     } while (solver(c, r, grid2, maxdiff) < maxdiff);
1812
1813     sfree(grid2);
1814     sfree(locs);
1815
1816     sfree(symmclasses);
1817
1818     /*
1819      * Now we have the grid as it will be presented to the user.
1820      * Encode it in a game desc.
1821      */
1822     {
1823         char *p;
1824         int run, i;
1825
1826         desc = snewn(5 * area, char);
1827         p = desc;
1828         run = 0;
1829         for (i = 0; i <= area; i++) {
1830             int n = (i < area ? grid[i] : -1);
1831
1832             if (!n)
1833                 run++;
1834             else {
1835                 if (run) {
1836                     while (run > 0) {
1837                         int c = 'a' - 1 + run;
1838                         if (run > 26)
1839                             c = 'z';
1840                         *p++ = c;
1841                         run -= c - ('a' - 1);
1842                     }
1843                 } else {
1844                     /*
1845                      * If there's a number in the very top left or
1846                      * bottom right, there's no point putting an
1847                      * unnecessary _ before or after it.
1848                      */
1849                     if (p > desc && n > 0)
1850                         *p++ = '_';
1851                 }
1852                 if (n > 0)
1853                     p += sprintf(p, "%d", n);
1854                 run = 0;
1855             }
1856         }
1857         assert(p - desc < 5 * area);
1858         *p++ = '\0';
1859         desc = sresize(desc, p - desc, char);
1860     }
1861
1862     sfree(grid);
1863
1864     return desc;
1865 }
1866
1867 static char *validate_desc(game_params *params, char *desc)
1868 {
1869     int area = params->r * params->r * params->c * params->c;
1870     int squares = 0;
1871
1872     while (*desc) {
1873         int n = *desc++;
1874         if (n >= 'a' && n <= 'z') {
1875             squares += n - 'a' + 1;
1876         } else if (n == '_') {
1877             /* do nothing */;
1878         } else if (n > '0' && n <= '9') {
1879             squares++;
1880             while (*desc >= '0' && *desc <= '9')
1881                 desc++;
1882         } else
1883             return "Invalid character in game description";
1884     }
1885
1886     if (squares < area)
1887         return "Not enough data to fill grid";
1888
1889     if (squares > area)
1890         return "Too much data to fit in grid";
1891
1892     return NULL;
1893 }
1894
1895 static game_state *new_game(midend_data *me, game_params *params, char *desc)
1896 {
1897     game_state *state = snew(game_state);
1898     int c = params->c, r = params->r, cr = c*r, area = cr * cr;
1899     int i;
1900
1901     state->c = params->c;
1902     state->r = params->r;
1903
1904     state->grid = snewn(area, digit);
1905     state->pencil = snewn(area * cr, unsigned char);
1906     memset(state->pencil, 0, area * cr);
1907     state->immutable = snewn(area, unsigned char);
1908     memset(state->immutable, FALSE, area);
1909
1910     state->completed = state->cheated = FALSE;
1911
1912     i = 0;
1913     while (*desc) {
1914         int n = *desc++;
1915         if (n >= 'a' && n <= 'z') {
1916             int run = n - 'a' + 1;
1917             assert(i + run <= area);
1918             while (run-- > 0)
1919                 state->grid[i++] = 0;
1920         } else if (n == '_') {
1921             /* do nothing */;
1922         } else if (n > '0' && n <= '9') {
1923             assert(i < area);
1924             state->immutable[i] = TRUE;
1925             state->grid[i++] = atoi(desc-1);
1926             while (*desc >= '0' && *desc <= '9')
1927                 desc++;
1928         } else {
1929             assert(!"We can't get here");
1930         }
1931     }
1932     assert(i == area);
1933
1934     return state;
1935 }
1936
1937 static game_state *dup_game(game_state *state)
1938 {
1939     game_state *ret = snew(game_state);
1940     int c = state->c, r = state->r, cr = c*r, area = cr * cr;
1941
1942     ret->c = state->c;
1943     ret->r = state->r;
1944
1945     ret->grid = snewn(area, digit);
1946     memcpy(ret->grid, state->grid, area);
1947
1948     ret->pencil = snewn(area * cr, unsigned char);
1949     memcpy(ret->pencil, state->pencil, area * cr);
1950
1951     ret->immutable = snewn(area, unsigned char);
1952     memcpy(ret->immutable, state->immutable, area);
1953
1954     ret->completed = state->completed;
1955     ret->cheated = state->cheated;
1956
1957     return ret;
1958 }
1959
1960 static void free_game(game_state *state)
1961 {
1962     sfree(state->immutable);
1963     sfree(state->pencil);
1964     sfree(state->grid);
1965     sfree(state);
1966 }
1967
1968 static char *solve_game(game_state *state, game_state *currstate,
1969                         char *ai, char **error)
1970 {
1971     int c = state->c, r = state->r, cr = c*r;
1972     char *ret;
1973     digit *grid;
1974     int solve_ret;
1975
1976     /*
1977      * If we already have the solution in ai, save ourselves some
1978      * time.
1979      */
1980     if (ai)
1981         return dupstr(ai);
1982
1983     grid = snewn(cr*cr, digit);
1984     memcpy(grid, state->grid, cr*cr);
1985     solve_ret = solver(c, r, grid, DIFF_RECURSIVE);
1986
1987     *error = NULL;
1988
1989     if (solve_ret == DIFF_IMPOSSIBLE)
1990         *error = "No solution exists for this puzzle";
1991     else if (solve_ret == DIFF_AMBIGUOUS)
1992         *error = "Multiple solutions exist for this puzzle";
1993
1994     if (*error) {
1995         sfree(grid);
1996         return NULL;
1997     }
1998
1999     ret = encode_solve_move(cr, grid);
2000
2001     sfree(grid);
2002
2003     return ret;
2004 }
2005
2006 static char *grid_text_format(int c, int r, digit *grid)
2007 {
2008     int cr = c*r;
2009     int x, y;
2010     int maxlen;
2011     char *ret, *p;
2012
2013     /*
2014      * There are cr lines of digits, plus r-1 lines of block
2015      * separators. Each line contains cr digits, cr-1 separating
2016      * spaces, and c-1 two-character block separators. Thus, the
2017      * total length of a line is 2*cr+2*c-3 (not counting the
2018      * newline), and there are cr+r-1 of them.
2019      */
2020     maxlen = (cr+r-1) * (2*cr+2*c-2);
2021     ret = snewn(maxlen+1, char);
2022     p = ret;
2023
2024     for (y = 0; y < cr; y++) {
2025         for (x = 0; x < cr; x++) {
2026             int ch = grid[y * cr + x];
2027             if (ch == 0)
2028                 ch = ' ';
2029             else if (ch <= 9)
2030                 ch = '0' + ch;
2031             else
2032                 ch = 'a' + ch-10;
2033             *p++ = ch;
2034             if (x+1 < cr) {
2035                 *p++ = ' ';
2036                 if ((x+1) % r == 0) {
2037                     *p++ = '|';
2038                     *p++ = ' ';
2039                 }
2040             }
2041         }
2042         *p++ = '\n';
2043         if (y+1 < cr && (y+1) % c == 0) {
2044             for (x = 0; x < cr; x++) {
2045                 *p++ = '-';
2046                 if (x+1 < cr) {
2047                     *p++ = '-';
2048                     if ((x+1) % r == 0) {
2049                         *p++ = '+';
2050                         *p++ = '-';
2051                     }
2052                 }
2053             }
2054             *p++ = '\n';
2055         }
2056     }
2057
2058     assert(p - ret == maxlen);
2059     *p = '\0';
2060     return ret;
2061 }
2062
2063 static char *game_text_format(game_state *state)
2064 {
2065     return grid_text_format(state->c, state->r, state->grid);
2066 }
2067
2068 struct game_ui {
2069     /*
2070      * These are the coordinates of the currently highlighted
2071      * square on the grid, or -1,-1 if there isn't one. When there
2072      * is, pressing a valid number or letter key or Space will
2073      * enter that number or letter in the grid.
2074      */
2075     int hx, hy;
2076     /*
2077      * This indicates whether the current highlight is a
2078      * pencil-mark one or a real one.
2079      */
2080     int hpencil;
2081 };
2082
2083 static game_ui *new_ui(game_state *state)
2084 {
2085     game_ui *ui = snew(game_ui);
2086
2087     ui->hx = ui->hy = -1;
2088     ui->hpencil = 0;
2089
2090     return ui;
2091 }
2092
2093 static void free_ui(game_ui *ui)
2094 {
2095     sfree(ui);
2096 }
2097
2098 static char *encode_ui(game_ui *ui)
2099 {
2100     return NULL;
2101 }
2102
2103 static void decode_ui(game_ui *ui, char *encoding)
2104 {
2105 }
2106
2107 static void game_changed_state(game_ui *ui, game_state *oldstate,
2108                                game_state *newstate)
2109 {
2110     int c = newstate->c, r = newstate->r, cr = c*r;
2111     /*
2112      * We prevent pencil-mode highlighting of a filled square. So
2113      * if the user has just filled in a square which we had a
2114      * pencil-mode highlight in (by Undo, or by Redo, or by Solve),
2115      * then we cancel the highlight.
2116      */
2117     if (ui->hx >= 0 && ui->hy >= 0 && ui->hpencil &&
2118         newstate->grid[ui->hy * cr + ui->hx] != 0) {
2119         ui->hx = ui->hy = -1;
2120     }
2121 }
2122
2123 struct game_drawstate {
2124     int started;
2125     int c, r, cr;
2126     int tilesize;
2127     digit *grid;
2128     unsigned char *pencil;
2129     unsigned char *hl;
2130     /* This is scratch space used within a single call to game_redraw. */
2131     int *entered_items;
2132 };
2133
2134 static char *interpret_move(game_state *state, game_ui *ui, game_drawstate *ds,
2135                             int x, int y, int button)
2136 {
2137     int c = state->c, r = state->r, cr = c*r;
2138     int tx, ty;
2139     char buf[80];
2140
2141     button &= ~MOD_MASK;
2142
2143     tx = (x + TILE_SIZE - BORDER) / TILE_SIZE - 1;
2144     ty = (y + TILE_SIZE - BORDER) / TILE_SIZE - 1;
2145
2146     if (tx >= 0 && tx < cr && ty >= 0 && ty < cr) {
2147         if (button == LEFT_BUTTON) {
2148             if (state->immutable[ty*cr+tx]) {
2149                 ui->hx = ui->hy = -1;
2150             } else if (tx == ui->hx && ty == ui->hy && ui->hpencil == 0) {
2151                 ui->hx = ui->hy = -1;
2152             } else {
2153                 ui->hx = tx;
2154                 ui->hy = ty;
2155                 ui->hpencil = 0;
2156             }
2157             return "";                 /* UI activity occurred */
2158         }
2159         if (button == RIGHT_BUTTON) {
2160             /*
2161              * Pencil-mode highlighting for non filled squares.
2162              */
2163             if (state->grid[ty*cr+tx] == 0) {
2164                 if (tx == ui->hx && ty == ui->hy && ui->hpencil) {
2165                     ui->hx = ui->hy = -1;
2166                 } else {
2167                     ui->hpencil = 1;
2168                     ui->hx = tx;
2169                     ui->hy = ty;
2170                 }
2171             } else {
2172                 ui->hx = ui->hy = -1;
2173             }
2174             return "";                 /* UI activity occurred */
2175         }
2176     }
2177
2178     if (ui->hx != -1 && ui->hy != -1 &&
2179         ((button >= '1' && button <= '9' && button - '0' <= cr) ||
2180          (button >= 'a' && button <= 'z' && button - 'a' + 10 <= cr) ||
2181          (button >= 'A' && button <= 'Z' && button - 'A' + 10 <= cr) ||
2182          button == ' ')) {
2183         int n = button - '0';
2184         if (button >= 'A' && button <= 'Z')
2185             n = button - 'A' + 10;
2186         if (button >= 'a' && button <= 'z')
2187             n = button - 'a' + 10;
2188         if (button == ' ')
2189             n = 0;
2190
2191         /*
2192          * Can't overwrite this square. In principle this shouldn't
2193          * happen anyway because we should never have even been
2194          * able to highlight the square, but it never hurts to be
2195          * careful.
2196          */
2197         if (state->immutable[ui->hy*cr+ui->hx])
2198             return NULL;
2199
2200         /*
2201          * Can't make pencil marks in a filled square. In principle
2202          * this shouldn't happen anyway because we should never
2203          * have even been able to pencil-highlight the square, but
2204          * it never hurts to be careful.
2205          */
2206         if (ui->hpencil && state->grid[ui->hy*cr+ui->hx])
2207             return NULL;
2208
2209         sprintf(buf, "%c%d,%d,%d",
2210                 (char)(ui->hpencil && n > 0 ? 'P' : 'R'), ui->hx, ui->hy, n);
2211
2212         ui->hx = ui->hy = -1;
2213
2214         return dupstr(buf);
2215     }
2216
2217     return NULL;
2218 }
2219
2220 static game_state *execute_move(game_state *from, char *move)
2221 {
2222     int c = from->c, r = from->r, cr = c*r;
2223     game_state *ret;
2224     int x, y, n;
2225
2226     if (move[0] == 'S') {
2227         char *p;
2228
2229         ret = dup_game(from);
2230         ret->completed = ret->cheated = TRUE;
2231
2232         p = move+1;
2233         for (n = 0; n < cr*cr; n++) {
2234             ret->grid[n] = atoi(p);
2235
2236             if (!*p || ret->grid[n] < 1 || ret->grid[n] > cr) {
2237                 free_game(ret);
2238                 return NULL;
2239             }
2240
2241             while (*p && isdigit((unsigned char)*p)) p++;
2242             if (*p == ',') p++;
2243         }
2244
2245         return ret;
2246     } else if ((move[0] == 'P' || move[0] == 'R') &&
2247         sscanf(move+1, "%d,%d,%d", &x, &y, &n) == 3 &&
2248         x >= 0 && x < cr && y >= 0 && y < cr && n >= 0 && n <= cr) {
2249
2250         ret = dup_game(from);
2251         if (move[0] == 'P' && n > 0) {
2252             int index = (y*cr+x) * cr + (n-1);
2253             ret->pencil[index] = !ret->pencil[index];
2254         } else {
2255             ret->grid[y*cr+x] = n;
2256             memset(ret->pencil + (y*cr+x)*cr, 0, cr);
2257
2258             /*
2259              * We've made a real change to the grid. Check to see
2260              * if the game has been completed.
2261              */
2262             if (!ret->completed && check_valid(c, r, ret->grid)) {
2263                 ret->completed = TRUE;
2264             }
2265         }
2266         return ret;
2267     } else
2268         return NULL;                   /* couldn't parse move string */
2269 }
2270
2271 /* ----------------------------------------------------------------------
2272  * Drawing routines.
2273  */
2274
2275 #define SIZE(cr) ((cr) * TILE_SIZE + 2*BORDER + 1)
2276 #define GETTILESIZE(cr, w) ( (double)(w-1) / (double)(cr+1) )
2277
2278 static void game_compute_size(game_params *params, int tilesize,
2279                               int *x, int *y)
2280 {
2281     /* Ick: fake up `ds->tilesize' for macro expansion purposes */
2282     struct { int tilesize; } ads, *ds = &ads;
2283     ads.tilesize = tilesize;
2284
2285     *x = SIZE(params->c * params->r);
2286     *y = SIZE(params->c * params->r);
2287 }
2288
2289 static void game_set_size(game_drawstate *ds, game_params *params,
2290                           int tilesize)
2291 {
2292     ds->tilesize = tilesize;
2293 }
2294
2295 static float *game_colours(frontend *fe, game_state *state, int *ncolours)
2296 {
2297     float *ret = snewn(3 * NCOLOURS, float);
2298
2299     frontend_default_colour(fe, &ret[COL_BACKGROUND * 3]);
2300
2301     ret[COL_GRID * 3 + 0] = 0.0F;
2302     ret[COL_GRID * 3 + 1] = 0.0F;
2303     ret[COL_GRID * 3 + 2] = 0.0F;
2304
2305     ret[COL_CLUE * 3 + 0] = 0.0F;
2306     ret[COL_CLUE * 3 + 1] = 0.0F;
2307     ret[COL_CLUE * 3 + 2] = 0.0F;
2308
2309     ret[COL_USER * 3 + 0] = 0.0F;
2310     ret[COL_USER * 3 + 1] = 0.6F * ret[COL_BACKGROUND * 3 + 1];
2311     ret[COL_USER * 3 + 2] = 0.0F;
2312
2313     ret[COL_HIGHLIGHT * 3 + 0] = 0.85F * ret[COL_BACKGROUND * 3 + 0];
2314     ret[COL_HIGHLIGHT * 3 + 1] = 0.85F * ret[COL_BACKGROUND * 3 + 1];
2315     ret[COL_HIGHLIGHT * 3 + 2] = 0.85F * ret[COL_BACKGROUND * 3 + 2];
2316
2317     ret[COL_ERROR * 3 + 0] = 1.0F;
2318     ret[COL_ERROR * 3 + 1] = 0.0F;
2319     ret[COL_ERROR * 3 + 2] = 0.0F;
2320
2321     ret[COL_PENCIL * 3 + 0] = 0.5F * ret[COL_BACKGROUND * 3 + 0];
2322     ret[COL_PENCIL * 3 + 1] = 0.5F * ret[COL_BACKGROUND * 3 + 1];
2323     ret[COL_PENCIL * 3 + 2] = ret[COL_BACKGROUND * 3 + 2];
2324
2325     *ncolours = NCOLOURS;
2326     return ret;
2327 }
2328
2329 static game_drawstate *game_new_drawstate(game_state *state)
2330 {
2331     struct game_drawstate *ds = snew(struct game_drawstate);
2332     int c = state->c, r = state->r, cr = c*r;
2333
2334     ds->started = FALSE;
2335     ds->c = c;
2336     ds->r = r;
2337     ds->cr = cr;
2338     ds->grid = snewn(cr*cr, digit);
2339     memset(ds->grid, 0, cr*cr);
2340     ds->pencil = snewn(cr*cr*cr, digit);
2341     memset(ds->pencil, 0, cr*cr*cr);
2342     ds->hl = snewn(cr*cr, unsigned char);
2343     memset(ds->hl, 0, cr*cr);
2344     ds->entered_items = snewn(cr*cr, int);
2345     ds->tilesize = 0;                  /* not decided yet */
2346     return ds;
2347 }
2348
2349 static void game_free_drawstate(game_drawstate *ds)
2350 {
2351     sfree(ds->hl);
2352     sfree(ds->pencil);
2353     sfree(ds->grid);
2354     sfree(ds->entered_items);
2355     sfree(ds);
2356 }
2357
2358 static void draw_number(frontend *fe, game_drawstate *ds, game_state *state,
2359                         int x, int y, int hl)
2360 {
2361     int c = state->c, r = state->r, cr = c*r;
2362     int tx, ty;
2363     int cx, cy, cw, ch;
2364     char str[2];
2365
2366     if (ds->grid[y*cr+x] == state->grid[y*cr+x] &&
2367         ds->hl[y*cr+x] == hl &&
2368         !memcmp(ds->pencil+(y*cr+x)*cr, state->pencil+(y*cr+x)*cr, cr))
2369         return;                        /* no change required */
2370
2371     tx = BORDER + x * TILE_SIZE + 2;
2372     ty = BORDER + y * TILE_SIZE + 2;
2373
2374     cx = tx;
2375     cy = ty;
2376     cw = TILE_SIZE-3;
2377     ch = TILE_SIZE-3;
2378
2379     if (x % r)
2380         cx--, cw++;
2381     if ((x+1) % r)
2382         cw++;
2383     if (y % c)
2384         cy--, ch++;
2385     if ((y+1) % c)
2386         ch++;
2387
2388     clip(fe, cx, cy, cw, ch);
2389
2390     /* background needs erasing */
2391     draw_rect(fe, cx, cy, cw, ch, (hl & 15) == 1 ? COL_HIGHLIGHT : COL_BACKGROUND);
2392
2393     /* pencil-mode highlight */
2394     if ((hl & 15) == 2) {
2395         int coords[6];
2396         coords[0] = cx;
2397         coords[1] = cy;
2398         coords[2] = cx+cw/2;
2399         coords[3] = cy;
2400         coords[4] = cx;
2401         coords[5] = cy+ch/2;
2402         draw_polygon(fe, coords, 3, COL_HIGHLIGHT, COL_HIGHLIGHT);
2403     }
2404
2405     /* new number needs drawing? */
2406     if (state->grid[y*cr+x]) {
2407         str[1] = '\0';
2408         str[0] = state->grid[y*cr+x] + '0';
2409         if (str[0] > '9')
2410             str[0] += 'a' - ('9'+1);
2411         draw_text(fe, tx + TILE_SIZE/2, ty + TILE_SIZE/2,
2412                   FONT_VARIABLE, TILE_SIZE/2, ALIGN_VCENTRE | ALIGN_HCENTRE,
2413                   state->immutable[y*cr+x] ? COL_CLUE : (hl & 16) ? COL_ERROR : COL_USER, str);
2414     } else {
2415         int i, j, npencil;
2416         int pw, ph, pmax, fontsize;
2417
2418         /* count the pencil marks required */
2419         for (i = npencil = 0; i < cr; i++)
2420             if (state->pencil[(y*cr+x)*cr+i])
2421                 npencil++;
2422
2423         /*
2424          * It's not sensible to arrange pencil marks in the same
2425          * layout as the squares within a block, because this leads
2426          * to the font being too small. Instead, we arrange pencil
2427          * marks in the nearest thing we can to a square layout,
2428          * and we adjust the square layout depending on the number
2429          * of pencil marks in the square.
2430          */
2431         for (pw = 1; pw * pw < npencil; pw++);
2432         if (pw < 3) pw = 3;            /* otherwise it just looks _silly_ */
2433         ph = (npencil + pw - 1) / pw;
2434         if (ph < 2) ph = 2;            /* likewise */
2435         pmax = max(pw, ph);
2436         fontsize = TILE_SIZE/(pmax*(11-pmax)/8);
2437
2438         for (i = j = 0; i < cr; i++)
2439             if (state->pencil[(y*cr+x)*cr+i]) {
2440                 int dx = j % pw, dy = j / pw;
2441
2442                 str[1] = '\0';
2443                 str[0] = i + '1';
2444                 if (str[0] > '9')
2445                     str[0] += 'a' - ('9'+1);
2446                 draw_text(fe, tx + (4*dx+3) * TILE_SIZE / (4*pw+2),
2447                           ty + (4*dy+3) * TILE_SIZE / (4*ph+2),
2448                           FONT_VARIABLE, fontsize,
2449                           ALIGN_VCENTRE | ALIGN_HCENTRE, COL_PENCIL, str);
2450                 j++;
2451             }
2452     }
2453
2454     unclip(fe);
2455
2456     draw_update(fe, cx, cy, cw, ch);
2457
2458     ds->grid[y*cr+x] = state->grid[y*cr+x];
2459     memcpy(ds->pencil+(y*cr+x)*cr, state->pencil+(y*cr+x)*cr, cr);
2460     ds->hl[y*cr+x] = hl;
2461 }
2462
2463 static void game_redraw(frontend *fe, game_drawstate *ds, game_state *oldstate,
2464                         game_state *state, int dir, game_ui *ui,
2465                         float animtime, float flashtime)
2466 {
2467     int c = state->c, r = state->r, cr = c*r;
2468     int x, y;
2469
2470     if (!ds->started) {
2471         /*
2472          * The initial contents of the window are not guaranteed
2473          * and can vary with front ends. To be on the safe side,
2474          * all games should start by drawing a big
2475          * background-colour rectangle covering the whole window.
2476          */
2477         draw_rect(fe, 0, 0, SIZE(cr), SIZE(cr), COL_BACKGROUND);
2478
2479         /*
2480          * Draw the grid.
2481          */
2482         for (x = 0; x <= cr; x++) {
2483             int thick = (x % r ? 0 : 1);
2484             draw_rect(fe, BORDER + x*TILE_SIZE - thick, BORDER-1,
2485                       1+2*thick, cr*TILE_SIZE+3, COL_GRID);
2486         }
2487         for (y = 0; y <= cr; y++) {
2488             int thick = (y % c ? 0 : 1);
2489             draw_rect(fe, BORDER-1, BORDER + y*TILE_SIZE - thick,
2490                       cr*TILE_SIZE+3, 1+2*thick, COL_GRID);
2491         }
2492     }
2493
2494     /*
2495      * This array is used to keep track of rows, columns and boxes
2496      * which contain a number more than once.
2497      */
2498     for (x = 0; x < cr * cr; x++)
2499         ds->entered_items[x] = 0;
2500     for (x = 0; x < cr; x++)
2501         for (y = 0; y < cr; y++) {
2502             digit d = state->grid[y*cr+x];
2503             if (d) {
2504                 int box = (x/r)+(y/c)*c;
2505                 ds->entered_items[x*cr+d-1] |= ((ds->entered_items[x*cr+d-1] & 1) << 1) | 1;
2506                 ds->entered_items[y*cr+d-1] |= ((ds->entered_items[y*cr+d-1] & 4) << 1) | 4;
2507                 ds->entered_items[box*cr+d-1] |= ((ds->entered_items[box*cr+d-1] & 16) << 1) | 16;
2508             }
2509         }
2510
2511     /*
2512      * Draw any numbers which need redrawing.
2513      */
2514     for (x = 0; x < cr; x++) {
2515         for (y = 0; y < cr; y++) {
2516             int highlight = 0;
2517             digit d = state->grid[y*cr+x];
2518
2519             if (flashtime > 0 &&
2520                 (flashtime <= FLASH_TIME/3 ||
2521                  flashtime >= FLASH_TIME*2/3))
2522                 highlight = 1;
2523
2524             /* Highlight active input areas. */
2525             if (x == ui->hx && y == ui->hy)
2526                 highlight = ui->hpencil ? 2 : 1;
2527
2528             /* Mark obvious errors (ie, numbers which occur more than once
2529              * in a single row, column, or box). */
2530             if (d && ((ds->entered_items[x*cr+d-1] & 2) ||
2531                       (ds->entered_items[y*cr+d-1] & 8) ||
2532                       (ds->entered_items[((x/r)+(y/c)*c)*cr+d-1] & 32)))
2533                 highlight |= 16;
2534
2535             draw_number(fe, ds, state, x, y, highlight);
2536         }
2537     }
2538
2539     /*
2540      * Update the _entire_ grid if necessary.
2541      */
2542     if (!ds->started) {
2543         draw_update(fe, 0, 0, SIZE(cr), SIZE(cr));
2544         ds->started = TRUE;
2545     }
2546 }
2547
2548 static float game_anim_length(game_state *oldstate, game_state *newstate,
2549                               int dir, game_ui *ui)
2550 {
2551     return 0.0F;
2552 }
2553
2554 static float game_flash_length(game_state *oldstate, game_state *newstate,
2555                                int dir, game_ui *ui)
2556 {
2557     if (!oldstate->completed && newstate->completed &&
2558         !oldstate->cheated && !newstate->cheated)
2559         return FLASH_TIME;
2560     return 0.0F;
2561 }
2562
2563 static int game_wants_statusbar(void)
2564 {
2565     return FALSE;
2566 }
2567
2568 static int game_timing_state(game_state *state, game_ui *ui)
2569 {
2570     return TRUE;
2571 }
2572
2573 #ifdef COMBINED
2574 #define thegame solo
2575 #endif
2576
2577 const struct game thegame = {
2578     "Solo", "games.solo",
2579     default_params,
2580     game_fetch_preset,
2581     decode_params,
2582     encode_params,
2583     free_params,
2584     dup_params,
2585     TRUE, game_configure, custom_params,
2586     validate_params,
2587     new_game_desc,
2588     validate_desc,
2589     new_game,
2590     dup_game,
2591     free_game,
2592     TRUE, solve_game,
2593     TRUE, game_text_format,
2594     new_ui,
2595     free_ui,
2596     encode_ui,
2597     decode_ui,
2598     game_changed_state,
2599     interpret_move,
2600     execute_move,
2601     PREFERRED_TILE_SIZE, game_compute_size, game_set_size,
2602     game_colours,
2603     game_new_drawstate,
2604     game_free_drawstate,
2605     game_redraw,
2606     game_anim_length,
2607     game_flash_length,
2608     game_wants_statusbar,
2609     FALSE, game_timing_state,
2610     0,                                 /* mouse_priorities */
2611 };
2612
2613 #ifdef STANDALONE_SOLVER
2614
2615 /*
2616  * gcc -DSTANDALONE_SOLVER -o solosolver solo.c malloc.c
2617  */
2618
2619 void frontend_default_colour(frontend *fe, float *output) {}
2620 void draw_text(frontend *fe, int x, int y, int fonttype, int fontsize,
2621                int align, int colour, char *text) {}
2622 void draw_rect(frontend *fe, int x, int y, int w, int h, int colour) {}
2623 void draw_line(frontend *fe, int x1, int y1, int x2, int y2, int colour) {}
2624 void draw_polygon(frontend *fe, int *coords, int npoints,
2625                   int fillcolour, int outlinecolour) {}
2626 void clip(frontend *fe, int x, int y, int w, int h) {}
2627 void unclip(frontend *fe) {}
2628 void start_draw(frontend *fe) {}
2629 void draw_update(frontend *fe, int x, int y, int w, int h) {}
2630 void end_draw(frontend *fe) {}
2631 unsigned long random_bits(random_state *state, int bits)
2632 { assert(!"Shouldn't get randomness"); return 0; }
2633 unsigned long random_upto(random_state *state, unsigned long limit)
2634 { assert(!"Shouldn't get randomness"); return 0; }
2635 void shuffle(void *array, int nelts, int eltsize, random_state *rs)
2636 { assert(!"Shouldn't get randomness"); }
2637
2638 void fatal(char *fmt, ...)
2639 {
2640     va_list ap;
2641
2642     fprintf(stderr, "fatal error: ");
2643
2644     va_start(ap, fmt);
2645     vfprintf(stderr, fmt, ap);
2646     va_end(ap);
2647
2648     fprintf(stderr, "\n");
2649     exit(1);
2650 }
2651
2652 int main(int argc, char **argv)
2653 {
2654     game_params *p;
2655     game_state *s;
2656     char *id = NULL, *desc, *err;
2657     int grade = FALSE;
2658     int ret;
2659
2660     while (--argc > 0) {
2661         char *p = *++argv;
2662         if (!strcmp(p, "-v")) {
2663             solver_show_working = TRUE;
2664         } else if (!strcmp(p, "-g")) {
2665             grade = TRUE;
2666         } else if (*p == '-') {
2667             fprintf(stderr, "%s: unrecognised option `%s'\n", argv[0], p);
2668             return 1;
2669         } else {
2670             id = p;
2671         }
2672     }
2673
2674     if (!id) {
2675         fprintf(stderr, "usage: %s [-g | -v] <game_id>\n", argv[0]);
2676         return 1;
2677     }
2678
2679     desc = strchr(id, ':');
2680     if (!desc) {
2681         fprintf(stderr, "%s: game id expects a colon in it\n", argv[0]);
2682         return 1;
2683     }
2684     *desc++ = '\0';
2685
2686     p = default_params();
2687     decode_params(p, id);
2688     err = validate_desc(p, desc);
2689     if (err) {
2690         fprintf(stderr, "%s: %s\n", argv[0], err);
2691         return 1;
2692     }
2693     s = new_game(NULL, p, desc);
2694
2695     ret = solver(p->c, p->r, s->grid, DIFF_RECURSIVE);
2696     if (grade) {
2697         printf("Difficulty rating: %s\n",
2698                ret==DIFF_BLOCK ? "Trivial (blockwise positional elimination only)":
2699                ret==DIFF_SIMPLE ? "Basic (row/column/number elimination required)":
2700                ret==DIFF_INTERSECT ? "Intermediate (intersectional analysis required)":
2701                ret==DIFF_SET ? "Advanced (set elimination required)":
2702                ret==DIFF_RECURSIVE ? "Unreasonable (guesswork and backtracking required)":
2703                ret==DIFF_AMBIGUOUS ? "Ambiguous (multiple solutions exist)":
2704                ret==DIFF_IMPOSSIBLE ? "Impossible (no solution exists)":
2705                "INTERNAL ERROR: unrecognised difficulty code");
2706     } else {
2707         printf("%s\n", grid_text_format(p->c, p->r, s->grid));
2708     }
2709
2710     return 0;
2711 }
2712
2713 #endif