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