chiark / gitweb /
game_timing_state() now has access to the game_ui. This means that
[sgt-puzzles.git] / solo.c
1 /*
2  * solo.c: the number-placing puzzle most popularly known as `Sudoku'.
3  *
4  * TODO:
5  *
6  *  - reports from users are that `Trivial'-mode puzzles are still
7  *    rather hard compared to newspapers' easy ones, so some better
8  *    low-end difficulty grading would be nice
9  *     + it's possible that really easy puzzles always have
10  *       _several_ things you can do, so don't make you hunt too
11  *       hard for the one deduction you can currently make
12  *     + it's also possible that easy puzzles require fewer
13  *       cross-eliminations: perhaps there's a higher incidence of
14  *       things you can deduce by looking only at (say) rows,
15  *       rather than things you have to check both rows and columns
16  *       for
17  *     + but really, what I need to do is find some really easy
18  *       puzzles and _play_ them, to see what's actually easy about
19  *       them
20  *     + while I'm revamping this area, filling in the _last_
21  *       number in a nearly-full row or column should certainly be
22  *       permitted even at the lowest difficulty level.
23  *     + also Owen noticed that `Basic' grids requiring numeric
24  *       elimination are actually very hard, so I wonder if a
25  *       difficulty gradation between that and positional-
26  *       elimination-only might be in order
27  *     + but it's not good to have _too_ many difficulty levels, or
28  *       it'll take too long to randomly generate a given level.
29  * 
30  *  - it might still be nice to do some prioritisation on the
31  *    removal of numbers from the grid
32  *     + one possibility is to try to minimise the maximum number
33  *       of filled squares in any block, which in particular ought
34  *       to enforce never leaving a completely filled block in the
35  *       puzzle as presented.
36  *
37  *  - alternative interface modes
38  *     + sudoku.com's Windows program has a palette of possible
39  *       entries; you select a palette entry first and then click
40  *       on the square you want it to go in, thus enabling
41  *       mouse-only play. Useful for PDAs! I don't think it's
42  *       actually incompatible with the current highlight-then-type
43  *       approach: you _either_ highlight a palette entry and then
44  *       click, _or_ you highlight a square and then type. At most
45  *       one thing is ever highlighted at a time, so there's no way
46  *       to confuse the two.
47  *     + then again, I don't actually like sudoku.com's interface;
48  *       it's too much like a paint package whereas I prefer to
49  *       think of Solo as a text editor.
50  *     + another PDA-friendly possibility is a drag interface:
51  *       _drag_ numbers from the palette into the grid squares.
52  *       Thought experiments suggest I'd prefer that to the
53  *       sudoku.com approach, but I haven't actually tried it.
54  */
55
56 /*
57  * Solo puzzles need to be square overall (since each row and each
58  * column must contain one of every digit), but they need not be
59  * subdivided the same way internally. I am going to adopt a
60  * convention whereby I _always_ refer to `r' as the number of rows
61  * of _big_ divisions, and `c' as the number of columns of _big_
62  * divisions. Thus, a 2c by 3r puzzle looks something like this:
63  *
64  *   4 5 1 | 2 6 3
65  *   6 3 2 | 5 4 1
66  *   ------+------     (Of course, you can't subdivide it the other way
67  *   1 4 5 | 6 3 2     or you'll get clashes; observe that the 4 in the
68  *   3 2 6 | 4 1 5     top left would conflict with the 4 in the second
69  *   ------+------     box down on the left-hand side.)
70  *   5 1 4 | 3 2 6
71  *   2 6 3 | 1 5 4
72  *
73  * The need for a strong naming convention should now be clear:
74  * each small box is two rows of digits by three columns, while the
75  * overall puzzle has three rows of small boxes by two columns. So
76  * I will (hopefully) consistently use `r' to denote the number of
77  * rows _of small boxes_ (here 3), which is also the number of
78  * columns of digits in each small box; and `c' vice versa (here
79  * 2).
80  *
81  * I'm also going to choose arbitrarily to list c first wherever
82  * possible: the above is a 2x3 puzzle, not a 3x2 one.
83  */
84
85 #include <stdio.h>
86 #include <stdlib.h>
87 #include <string.h>
88 #include <assert.h>
89 #include <ctype.h>
90 #include <math.h>
91
92 #ifdef STANDALONE_SOLVER
93 #include <stdarg.h>
94 int solver_show_working, solver_recurse_depth;
95 #endif
96
97 #include "puzzles.h"
98
99 /*
100  * To save space, I store digits internally as unsigned char. This
101  * imposes a hard limit of 255 on the order of the puzzle. Since
102  * even a 5x5 takes unacceptably long to generate, I don't see this
103  * as a serious limitation unless something _really_ impressive
104  * happens in computing technology; but here's a typedef anyway for
105  * general good practice.
106  */
107 typedef unsigned char digit;
108 #define ORDER_MAX 255
109
110 #define PREFERRED_TILE_SIZE 32
111 #define TILE_SIZE (ds->tilesize)
112 #define BORDER (TILE_SIZE / 2)
113
114 #define FLASH_TIME 0.4F
115
116 enum { SYMM_NONE, SYMM_ROT2, SYMM_ROT4, SYMM_REF2, SYMM_REF2D, SYMM_REF4,
117        SYMM_REF4D, SYMM_REF8 };
118
119 enum { DIFF_BLOCK, DIFF_SIMPLE, DIFF_INTERSECT,
120        DIFF_SET, DIFF_RECURSIVE, DIFF_AMBIGUOUS, DIFF_IMPOSSIBLE };
121
122 enum {
123     COL_BACKGROUND,
124     COL_GRID,
125     COL_CLUE,
126     COL_USER,
127     COL_HIGHLIGHT,
128     COL_ERROR,
129     COL_PENCIL,
130     NCOLOURS
131 };
132
133 struct game_params {
134     int c, r, symm, diff;
135 };
136
137 struct game_state {
138     int c, r;
139     digit *grid;
140     unsigned char *pencil;             /* c*r*c*r elements */
141     unsigned char *immutable;          /* marks which digits are clues */
142     int completed, cheated;
143 };
144
145 static game_params *default_params(void)
146 {
147     game_params *ret = snew(game_params);
148
149     ret->c = ret->r = 3;
150     ret->symm = SYMM_ROT2;             /* a plausible default */
151     ret->diff = DIFF_BLOCK;            /* so is this */
152
153     return ret;
154 }
155
156 static void free_params(game_params *params)
157 {
158     sfree(params);
159 }
160
161 static game_params *dup_params(game_params *params)
162 {
163     game_params *ret = snew(game_params);
164     *ret = *params;                    /* structure copy */
165     return ret;
166 }
167
168 static int game_fetch_preset(int i, char **name, game_params **params)
169 {
170     static struct {
171         char *title;
172         game_params params;
173     } presets[] = {
174         { "2x2 Trivial", { 2, 2, SYMM_ROT2, DIFF_BLOCK } },
175         { "2x3 Basic", { 2, 3, SYMM_ROT2, DIFF_SIMPLE } },
176         { "3x3 Trivial", { 3, 3, SYMM_ROT2, DIFF_BLOCK } },
177         { "3x3 Basic", { 3, 3, SYMM_ROT2, DIFF_SIMPLE } },
178         { "3x3 Intermediate", { 3, 3, SYMM_ROT2, DIFF_INTERSECT } },
179         { "3x3 Advanced", { 3, 3, SYMM_ROT2, DIFF_SET } },
180         { "3x3 Unreasonable", { 3, 3, SYMM_ROT2, DIFF_RECURSIVE } },
181 #ifndef SLOW_SYSTEM
182         { "3x4 Basic", { 3, 4, SYMM_ROT2, DIFF_SIMPLE } },
183         { "4x4 Basic", { 4, 4, SYMM_ROT2, DIFF_SIMPLE } },
184 #endif
185     };
186
187     if (i < 0 || i >= lenof(presets))
188         return FALSE;
189
190     *name = dupstr(presets[i].title);
191     *params = dup_params(&presets[i].params);
192
193     return TRUE;
194 }
195
196 static void decode_params(game_params *ret, char const *string)
197 {
198     ret->c = ret->r = atoi(string);
199     while (*string && isdigit((unsigned char)*string)) string++;
200     if (*string == 'x') {
201         string++;
202         ret->r = atoi(string);
203         while (*string && isdigit((unsigned char)*string)) string++;
204     }
205     while (*string) {
206         if (*string == 'r' || *string == 'm' || *string == 'a') {
207             int sn, sc, sd;
208             sc = *string++;
209             if (*string == 'd') {
210                 sd = TRUE;
211                 string++;
212             } else {
213                 sd = FALSE;
214             }
215             sn = atoi(string);
216             while (*string && isdigit((unsigned char)*string)) string++;
217             if (sc == 'm' && sn == 8)
218                 ret->symm = SYMM_REF8;
219             if (sc == 'm' && sn == 4)
220                 ret->symm = sd ? SYMM_REF4D : SYMM_REF4;
221             if (sc == 'm' && sn == 2)
222                 ret->symm = sd ? SYMM_REF2D : SYMM_REF2;
223             if (sc == 'r' && sn == 4)
224                 ret->symm = SYMM_ROT4;
225             if (sc == 'r' && sn == 2)
226                 ret->symm = SYMM_ROT2;
227             if (sc == 'a')
228                 ret->symm = SYMM_NONE;
229         } else if (*string == 'd') {
230             string++;
231             if (*string == 't')        /* trivial */
232                 string++, ret->diff = DIFF_BLOCK;
233             else if (*string == 'b')   /* basic */
234                 string++, ret->diff = DIFF_SIMPLE;
235             else if (*string == 'i')   /* intermediate */
236                 string++, ret->diff = DIFF_INTERSECT;
237             else if (*string == 'a')   /* advanced */
238                 string++, ret->diff = DIFF_SET;
239             else if (*string == 'u')   /* unreasonable */
240                 string++, ret->diff = DIFF_RECURSIVE;
241         } else
242             string++;                  /* eat unknown character */
243     }
244 }
245
246 static char *encode_params(game_params *params, int full)
247 {
248     char str[80];
249
250     sprintf(str, "%dx%d", params->c, params->r);
251     if (full) {
252         switch (params->symm) {
253           case SYMM_REF8: strcat(str, "m8"); break;
254           case SYMM_REF4: strcat(str, "m4"); break;
255           case SYMM_REF4D: strcat(str, "md4"); break;
256           case SYMM_REF2: strcat(str, "m2"); break;
257           case SYMM_REF2D: strcat(str, "md2"); break;
258           case SYMM_ROT4: strcat(str, "r4"); break;
259           /* case SYMM_ROT2: strcat(str, "r2"); break; [default] */
260           case SYMM_NONE: strcat(str, "a"); break;
261         }
262         switch (params->diff) {
263           /* case DIFF_BLOCK: strcat(str, "dt"); break; [default] */
264           case DIFF_SIMPLE: strcat(str, "db"); break;
265           case DIFF_INTERSECT: strcat(str, "di"); break;
266           case DIFF_SET: strcat(str, "da"); break;
267           case DIFF_RECURSIVE: strcat(str, "du"); break;
268         }
269     }
270     return dupstr(str);
271 }
272
273 static config_item *game_configure(game_params *params)
274 {
275     config_item *ret;
276     char buf[80];
277
278     ret = snewn(5, config_item);
279
280     ret[0].name = "Columns of sub-blocks";
281     ret[0].type = C_STRING;
282     sprintf(buf, "%d", params->c);
283     ret[0].sval = dupstr(buf);
284     ret[0].ival = 0;
285
286     ret[1].name = "Rows of sub-blocks";
287     ret[1].type = C_STRING;
288     sprintf(buf, "%d", params->r);
289     ret[1].sval = dupstr(buf);
290     ret[1].ival = 0;
291
292     ret[2].name = "Symmetry";
293     ret[2].type = C_CHOICES;
294     ret[2].sval = ":None:2-way rotation:4-way rotation:2-way mirror:"
295         "2-way diagonal mirror:4-way mirror:4-way diagonal mirror:"
296         "8-way mirror";
297     ret[2].ival = params->symm;
298
299     ret[3].name = "Difficulty";
300     ret[3].type = C_CHOICES;
301     ret[3].sval = ":Trivial:Basic:Intermediate:Advanced:Unreasonable";
302     ret[3].ival = params->diff;
303
304     ret[4].name = NULL;
305     ret[4].type = C_END;
306     ret[4].sval = NULL;
307     ret[4].ival = 0;
308
309     return ret;
310 }
311
312 static game_params *custom_params(config_item *cfg)
313 {
314     game_params *ret = snew(game_params);
315
316     ret->c = atoi(cfg[0].sval);
317     ret->r = atoi(cfg[1].sval);
318     ret->symm = cfg[2].ival;
319     ret->diff = cfg[3].ival;
320
321     return ret;
322 }
323
324 static char *validate_params(game_params *params, int full)
325 {
326     if (params->c < 2 || params->r < 2)
327         return "Both dimensions must be at least 2";
328     if (params->c > ORDER_MAX || params->r > ORDER_MAX)
329         return "Dimensions greater than "STR(ORDER_MAX)" are not supported";
330     return NULL;
331 }
332
333 /* ----------------------------------------------------------------------
334  * Solver.
335  * 
336  * This solver is used for several purposes:
337  *  + to generate filled grids as the basis for new puzzles (by
338  *    supplying no clue squares at all)
339  *  + to check solubility of a grid as we gradually remove numbers
340  *    from it
341  *  + to solve an externally generated puzzle when the user selects
342  *    `Solve'.
343  * 
344  * It supports a variety of specific modes of reasoning. By
345  * enabling or disabling subsets of these modes we can arrange a
346  * range of difficulty levels.
347  */
348
349 /*
350  * Modes of reasoning currently supported:
351  *
352  *  - Positional elimination: a number must go in a particular
353  *    square because all the other empty squares in a given
354  *    row/col/blk are ruled out.
355  *
356  *  - Numeric elimination: a square must have a particular number
357  *    in because all the other numbers that could go in it are
358  *    ruled out.
359  *
360  *  - Intersectional analysis: given two domains which overlap
361  *    (hence one must be a block, and the other can be a row or
362  *    col), if the possible locations for a particular number in
363  *    one of the domains can be narrowed down to the overlap, then
364  *    that number can be ruled out everywhere but the overlap in
365  *    the other domain too.
366  *
367  *  - Set elimination: if there is a subset of the empty squares
368  *    within a domain such that the union of the possible numbers
369  *    in that subset has the same size as the subset itself, then
370  *    those numbers can be ruled out everywhere else in the domain.
371  *    (For example, if there are five empty squares and the
372  *    possible numbers in each are 12, 23, 13, 134 and 1345, then
373  *    the first three empty squares form such a subset: the numbers
374  *    1, 2 and 3 _must_ be in those three squares in some
375  *    permutation, and hence we can deduce none of them can be in
376  *    the fourth or fifth squares.)
377  *     + You can also see this the other way round, concentrating
378  *       on numbers rather than squares: if there is a subset of
379  *       the unplaced numbers within a domain such that the union
380  *       of all their possible positions has the same size as the
381  *       subset itself, then all other numbers can be ruled out for
382  *       those positions. However, it turns out that this is
383  *       exactly equivalent to the first formulation at all times:
384  *       there is a 1-1 correspondence between suitable subsets of
385  *       the unplaced numbers and suitable subsets of the unfilled
386  *       places, found by taking the _complement_ of the union of
387  *       the numbers' possible positions (or the spaces' possible
388  *       contents).
389  * 
390  *  - Recursion. If all else fails, we pick one of the currently
391  *    most constrained empty squares and take a random guess at its
392  *    contents, then continue solving on that basis and see if we
393  *    get any further.
394  */
395
396 /*
397  * Within this solver, I'm going to transform all y-coordinates by
398  * inverting the significance of the block number and the position
399  * within the block. That is, we will start with the top row of
400  * each block in order, then the second row of each block in order,
401  * etc.
402  * 
403  * This transformation has the enormous advantage that it means
404  * every row, column _and_ block is described by an arithmetic
405  * progression of coordinates within the cubic array, so that I can
406  * use the same very simple function to do blockwise, row-wise and
407  * column-wise elimination.
408  */
409 #define YTRANS(y) (((y)%c)*r+(y)/c)
410 #define YUNTRANS(y) (((y)%r)*c+(y)/r)
411
412 struct solver_usage {
413     int c, r, cr;
414     /*
415      * We set up a cubic array, indexed by x, y and digit; each
416      * element of this array is TRUE or FALSE according to whether
417      * or not that digit _could_ in principle go in that position.
418      *
419      * The way to index this array is cube[(x*cr+y)*cr+n-1].
420      * y-coordinates in here are transformed.
421      */
422     unsigned char *cube;
423     /*
424      * This is the grid in which we write down our final
425      * deductions. y-coordinates in here are _not_ transformed.
426      */
427     digit *grid;
428     /*
429      * Now we keep track, at a slightly higher level, of what we
430      * have yet to work out, to prevent doing the same deduction
431      * many times.
432      */
433     /* row[y*cr+n-1] TRUE if digit n has been placed in row y */
434     unsigned char *row;
435     /* col[x*cr+n-1] TRUE if digit n has been placed in row x */
436     unsigned char *col;
437     /* blk[(y*c+x)*cr+n-1] TRUE if digit n has been placed in block (x,y) */
438     unsigned char *blk;
439 };
440 #define cubepos(x,y,n) (((x)*usage->cr+(y))*usage->cr+(n)-1)
441 #define cube(x,y,n) (usage->cube[cubepos(x,y,n)])
442
443 /*
444  * Function called when we are certain that a particular square has
445  * a particular number in it. The y-coordinate passed in here is
446  * transformed.
447  */
448 static void solver_place(struct solver_usage *usage, int x, int y, int n)
449 {
450     int c = usage->c, r = usage->r, cr = usage->cr;
451     int i, j, bx, by;
452
453     assert(cube(x,y,n));
454
455     /*
456      * Rule out all other numbers in this square.
457      */
458     for (i = 1; i <= cr; i++)
459         if (i != n)
460             cube(x,y,i) = FALSE;
461
462     /*
463      * Rule out this number in all other positions in the row.
464      */
465     for (i = 0; i < cr; i++)
466         if (i != y)
467             cube(x,i,n) = FALSE;
468
469     /*
470      * Rule out this number in all other positions in the column.
471      */
472     for (i = 0; i < cr; i++)
473         if (i != x)
474             cube(i,y,n) = FALSE;
475
476     /*
477      * Rule out this number in all other positions in the block.
478      */
479     bx = (x/r)*r;
480     by = y % r;
481     for (i = 0; i < r; i++)
482         for (j = 0; j < c; j++)
483             if (bx+i != x || by+j*r != y)
484                 cube(bx+i,by+j*r,n) = FALSE;
485
486     /*
487      * Enter the number in the result grid.
488      */
489     usage->grid[YUNTRANS(y)*cr+x] = n;
490
491     /*
492      * Cross out this number from the list of numbers left to place
493      * in its row, its column and its block.
494      */
495     usage->row[y*cr+n-1] = usage->col[x*cr+n-1] =
496         usage->blk[((y%r)*c+(x/r))*cr+n-1] = TRUE;
497 }
498
499 static int solver_elim(struct solver_usage *usage, int start, int step
500 #ifdef STANDALONE_SOLVER
501                        , char *fmt, ...
502 #endif
503                        )
504 {
505     int c = usage->c, r = usage->r, cr = c*r;
506     int fpos, m, i;
507
508     /*
509      * Count the number of set bits within this section of the
510      * cube.
511      */
512     m = 0;
513     fpos = -1;
514     for (i = 0; i < cr; i++)
515         if (usage->cube[start+i*step]) {
516             fpos = start+i*step;
517             m++;
518         }
519
520     if (m == 1) {
521         int x, y, n;
522         assert(fpos >= 0);
523
524         n = 1 + fpos % cr;
525         y = fpos / cr;
526         x = y / cr;
527         y %= cr;
528
529         if (!usage->grid[YUNTRANS(y)*cr+x]) {
530 #ifdef STANDALONE_SOLVER
531             if (solver_show_working) {
532                 va_list ap;
533                 printf("%*s", solver_recurse_depth*4, "");
534                 va_start(ap, fmt);
535                 vprintf(fmt, ap);
536                 va_end(ap);
537                 printf(":\n%*s  placing %d at (%d,%d)\n",
538                        solver_recurse_depth*4, "", n, 1+x, 1+YUNTRANS(y));
539             }
540 #endif
541             solver_place(usage, x, y, n);
542             return +1;
543         }
544     } else if (m == 0) {
545 #ifdef STANDALONE_SOLVER
546         if (solver_show_working) {
547             va_list ap;
548             printf("%*s", solver_recurse_depth*4, "");
549             va_start(ap, fmt);
550             vprintf(fmt, ap);
551             va_end(ap);
552             printf(":\n%*s  no possibilities available\n",
553                    solver_recurse_depth*4, "");
554         }
555 #endif
556         return -1;
557     }
558
559     return 0;
560 }
561
562 static int solver_intersect(struct solver_usage *usage,
563                             int start1, int step1, int start2, int step2
564 #ifdef STANDALONE_SOLVER
565                             , char *fmt, ...
566 #endif
567                             )
568 {
569     int c = usage->c, r = usage->r, cr = c*r;
570     int ret, i;
571
572     /*
573      * Loop over the first domain and see if there's any set bit
574      * not also in the second.
575      */
576     for (i = 0; i < cr; i++) {
577         int p = start1+i*step1;
578         if (usage->cube[p] &&
579             !(p >= start2 && p < start2+cr*step2 &&
580               (p - start2) % step2 == 0))
581             return 0;                  /* there is, so we can't deduce */
582     }
583
584     /*
585      * We have determined that all set bits in the first domain are
586      * within its overlap with the second. So loop over the second
587      * domain and remove all set bits that aren't also in that
588      * overlap; return +1 iff we actually _did_ anything.
589      */
590     ret = 0;
591     for (i = 0; i < cr; i++) {
592         int p = start2+i*step2;
593         if (usage->cube[p] &&
594             !(p >= start1 && p < start1+cr*step1 && (p - start1) % step1 == 0))
595         {
596 #ifdef STANDALONE_SOLVER
597             if (solver_show_working) {
598                 int px, py, pn;
599
600                 if (!ret) {
601                     va_list ap;
602                     printf("%*s", solver_recurse_depth*4, "");
603                     va_start(ap, fmt);
604                     vprintf(fmt, ap);
605                     va_end(ap);
606                     printf(":\n");
607                 }
608
609                 pn = 1 + p % cr;
610                 py = p / cr;
611                 px = py / cr;
612                 py %= cr;
613
614                 printf("%*s  ruling out %d at (%d,%d)\n",
615                        solver_recurse_depth*4, "", pn, 1+px, 1+YUNTRANS(py));
616             }
617 #endif
618             ret = +1;                  /* we did something */
619             usage->cube[p] = 0;
620         }
621     }
622
623     return ret;
624 }
625
626 struct solver_scratch {
627     unsigned char *grid, *rowidx, *colidx, *set;
628 };
629
630 static int solver_set(struct solver_usage *usage,
631                       struct solver_scratch *scratch,
632                       int start, int step1, int step2
633 #ifdef STANDALONE_SOLVER
634                       , char *fmt, ...
635 #endif
636                       )
637 {
638     int c = usage->c, r = usage->r, cr = c*r;
639     int i, j, n, count;
640     unsigned char *grid = scratch->grid;
641     unsigned char *rowidx = scratch->rowidx;
642     unsigned char *colidx = scratch->colidx;
643     unsigned char *set = scratch->set;
644
645     /*
646      * We are passed a cr-by-cr matrix of booleans. Our first job
647      * is to winnow it by finding any definite placements - i.e.
648      * any row with a solitary 1 - and discarding that row and the
649      * column containing the 1.
650      */
651     memset(rowidx, TRUE, cr);
652     memset(colidx, TRUE, cr);
653     for (i = 0; i < cr; i++) {
654         int count = 0, first = -1;
655         for (j = 0; j < cr; j++)
656             if (usage->cube[start+i*step1+j*step2])
657                 first = j, count++;
658
659         /*
660          * If count == 0, then there's a row with no 1s at all and
661          * the puzzle is internally inconsistent. However, we ought
662          * to have caught this already during the simpler reasoning
663          * methods, so we can safely fail an assertion if we reach
664          * this point here.
665          */
666         assert(count > 0);
667         if (count == 1)
668             rowidx[i] = colidx[first] = FALSE;
669     }
670
671     /*
672      * Convert each of rowidx/colidx from a list of 0s and 1s to a
673      * list of the indices of the 1s.
674      */
675     for (i = j = 0; i < cr; i++)
676         if (rowidx[i])
677             rowidx[j++] = i;
678     n = j;
679     for (i = j = 0; i < cr; i++)
680         if (colidx[i])
681             colidx[j++] = i;
682     assert(n == j);
683
684     /*
685      * And create the smaller matrix.
686      */
687     for (i = 0; i < n; i++)
688         for (j = 0; j < n; j++)
689             grid[i*cr+j] = usage->cube[start+rowidx[i]*step1+colidx[j]*step2];
690
691     /*
692      * Having done that, we now have a matrix in which every row
693      * has at least two 1s in. Now we search to see if we can find
694      * a rectangle of zeroes (in the set-theoretic sense of
695      * `rectangle', i.e. a subset of rows crossed with a subset of
696      * columns) whose width and height add up to n.
697      */
698
699     memset(set, 0, n);
700     count = 0;
701     while (1) {
702         /*
703          * We have a candidate set. If its size is <=1 or >=n-1
704          * then we move on immediately.
705          */
706         if (count > 1 && count < n-1) {
707             /*
708              * The number of rows we need is n-count. See if we can
709              * find that many rows which each have a zero in all
710              * the positions listed in `set'.
711              */
712             int rows = 0;
713             for (i = 0; i < n; i++) {
714                 int ok = TRUE;
715                 for (j = 0; j < n; j++)
716                     if (set[j] && grid[i*cr+j]) {
717                         ok = FALSE;
718                         break;
719                     }
720                 if (ok)
721                     rows++;
722             }
723
724             /*
725              * We expect never to be able to get _more_ than
726              * n-count suitable rows: this would imply that (for
727              * example) there are four numbers which between them
728              * have at most three possible positions, and hence it
729              * indicates a faulty deduction before this point or
730              * even a bogus clue.
731              */
732             if (rows > n - count) {
733 #ifdef STANDALONE_SOLVER
734                 if (solver_show_working) {
735                     va_list ap;
736                     printf("%*s", solver_recurse_depth*4,
737                            "");
738                     va_start(ap, fmt);
739                     vprintf(fmt, ap);
740                     va_end(ap);
741                     printf(":\n%*s  contradiction reached\n",
742                            solver_recurse_depth*4, "");
743                 }
744 #endif
745                 return -1;
746             }
747
748             if (rows >= n - count) {
749                 int progress = FALSE;
750
751                 /*
752                  * We've got one! Now, for each row which _doesn't_
753                  * satisfy the criterion, eliminate all its set
754                  * bits in the positions _not_ listed in `set'.
755                  * Return +1 (meaning progress has been made) if we
756                  * successfully eliminated anything at all.
757                  * 
758                  * This involves referring back through
759                  * rowidx/colidx in order to work out which actual
760                  * positions in the cube to meddle with.
761                  */
762                 for (i = 0; i < n; i++) {
763                     int ok = TRUE;
764                     for (j = 0; j < n; j++)
765                         if (set[j] && grid[i*cr+j]) {
766                             ok = FALSE;
767                             break;
768                         }
769                     if (!ok) {
770                         for (j = 0; j < n; j++)
771                             if (!set[j] && grid[i*cr+j]) {
772                                 int fpos = (start+rowidx[i]*step1+
773                                             colidx[j]*step2);
774 #ifdef STANDALONE_SOLVER
775                                 if (solver_show_working) {
776                                     int px, py, pn;
777
778                                     if (!progress) {
779                                         va_list ap;
780                                         printf("%*s", solver_recurse_depth*4,
781                                                "");
782                                         va_start(ap, fmt);
783                                         vprintf(fmt, ap);
784                                         va_end(ap);
785                                         printf(":\n");
786                                     }
787
788                                     pn = 1 + fpos % cr;
789                                     py = fpos / cr;
790                                     px = py / cr;
791                                     py %= cr;
792
793                                     printf("%*s  ruling out %d at (%d,%d)\n",
794                                            solver_recurse_depth*4, "",
795                                            pn, 1+px, 1+YUNTRANS(py));
796                                 }
797 #endif
798                                 progress = TRUE;
799                                 usage->cube[fpos] = FALSE;
800                             }
801                     }
802                 }
803
804                 if (progress) {
805                     return +1;
806                 }
807             }
808         }
809
810         /*
811          * Binary increment: change the rightmost 0 to a 1, and
812          * change all 1s to the right of it to 0s.
813          */
814         i = n;
815         while (i > 0 && set[i-1])
816             set[--i] = 0, count--;
817         if (i > 0)
818             set[--i] = 1, count++;
819         else
820             break;                     /* done */
821     }
822
823     return 0;
824 }
825
826 static struct solver_scratch *solver_new_scratch(struct solver_usage *usage)
827 {
828     struct solver_scratch *scratch = snew(struct solver_scratch);
829     int cr = usage->cr;
830     scratch->grid = snewn(cr*cr, unsigned char);
831     scratch->rowidx = snewn(cr, unsigned char);
832     scratch->colidx = snewn(cr, unsigned char);
833     scratch->set = snewn(cr, unsigned char);
834     return scratch;
835 }
836
837 static void solver_free_scratch(struct solver_scratch *scratch)
838 {
839     sfree(scratch->set);
840     sfree(scratch->colidx);
841     sfree(scratch->rowidx);
842     sfree(scratch->grid);
843     sfree(scratch);
844 }
845
846 static int solver(int c, int r, digit *grid, random_state *rs, int maxdiff)
847 {
848     struct solver_usage *usage;
849     struct solver_scratch *scratch;
850     int cr = c*r;
851     int x, y, n, ret;
852     int diff = DIFF_BLOCK;
853
854     /*
855      * Set up a usage structure as a clean slate (everything
856      * possible).
857      */
858     usage = snew(struct solver_usage);
859     usage->c = c;
860     usage->r = r;
861     usage->cr = cr;
862     usage->cube = snewn(cr*cr*cr, unsigned char);
863     usage->grid = grid;                /* write straight back to the input */
864     memset(usage->cube, TRUE, cr*cr*cr);
865
866     usage->row = snewn(cr * cr, unsigned char);
867     usage->col = snewn(cr * cr, unsigned char);
868     usage->blk = snewn(cr * cr, unsigned char);
869     memset(usage->row, FALSE, cr * cr);
870     memset(usage->col, FALSE, cr * cr);
871     memset(usage->blk, FALSE, cr * cr);
872
873     scratch = solver_new_scratch(usage);
874
875     /*
876      * Place all the clue numbers we are given.
877      */
878     for (x = 0; x < cr; x++)
879         for (y = 0; y < cr; y++)
880             if (grid[y*cr+x])
881                 solver_place(usage, x, YTRANS(y), grid[y*cr+x]);
882
883     /*
884      * Now loop over the grid repeatedly trying all permitted modes
885      * of reasoning. The loop terminates if we complete an
886      * iteration without making any progress; we then return
887      * failure or success depending on whether the grid is full or
888      * not.
889      */
890     while (1) {
891         /*
892          * I'd like to write `continue;' inside each of the
893          * following loops, so that the solver returns here after
894          * making some progress. However, I can't specify that I
895          * want to continue an outer loop rather than the innermost
896          * one, so I'm apologetically resorting to a goto.
897          */
898         cont:
899
900         /*
901          * Blockwise positional elimination.
902          */
903         for (x = 0; x < cr; x += r)
904             for (y = 0; y < r; y++)
905                 for (n = 1; n <= cr; n++)
906                     if (!usage->blk[(y*c+(x/r))*cr+n-1]) {
907                         ret = solver_elim(usage, cubepos(x,y,n), r*cr
908 #ifdef STANDALONE_SOLVER
909                                           , "positional elimination,"
910                                           " %d in block (%d,%d)", n, 1+x/r, 1+y
911 #endif
912                                           );
913                         if (ret < 0) {
914                             diff = DIFF_IMPOSSIBLE;
915                             goto got_result;
916                         } else if (ret > 0) {
917                             diff = max(diff, DIFF_BLOCK);
918                             goto cont;
919                         }
920                     }
921
922         if (maxdiff <= DIFF_BLOCK)
923             break;
924
925         /*
926          * Row-wise positional elimination.
927          */
928         for (y = 0; y < cr; y++)
929             for (n = 1; n <= cr; n++)
930                 if (!usage->row[y*cr+n-1]) {
931                     ret = solver_elim(usage, cubepos(0,y,n), cr*cr
932 #ifdef STANDALONE_SOLVER
933                                       , "positional elimination,"
934                                       " %d in row %d", n, 1+YUNTRANS(y)
935 #endif
936                                       );
937                     if (ret < 0) {
938                         diff = DIFF_IMPOSSIBLE;
939                         goto got_result;
940                     } else if (ret > 0) {
941                         diff = max(diff, DIFF_SIMPLE);
942                         goto cont;
943                     }
944                 }
945         /*
946          * Column-wise positional elimination.
947          */
948         for (x = 0; x < cr; x++)
949             for (n = 1; n <= cr; n++)
950                 if (!usage->col[x*cr+n-1]) {
951                     ret = solver_elim(usage, cubepos(x,0,n), cr
952 #ifdef STANDALONE_SOLVER
953                                       , "positional elimination,"
954                                       " %d in column %d", n, 1+x
955 #endif
956                                       );
957                     if (ret < 0) {
958                         diff = DIFF_IMPOSSIBLE;
959                         goto got_result;
960                     } else if (ret > 0) {
961                         diff = max(diff, DIFF_SIMPLE);
962                         goto cont;
963                     }
964                 }
965
966         /*
967          * Numeric elimination.
968          */
969         for (x = 0; x < cr; x++)
970             for (y = 0; y < cr; y++)
971                 if (!usage->grid[YUNTRANS(y)*cr+x]) {
972                     ret = solver_elim(usage, cubepos(x,y,1), 1
973 #ifdef STANDALONE_SOLVER
974                                       , "numeric elimination at (%d,%d)", 1+x,
975                                       1+YUNTRANS(y)
976 #endif
977                                       );
978                     if (ret < 0) {
979                         diff = DIFF_IMPOSSIBLE;
980                         goto got_result;
981                     } else if (ret > 0) {
982                         diff = max(diff, DIFF_SIMPLE);
983                         goto cont;
984                     }
985                 }
986
987         if (maxdiff <= DIFF_SIMPLE)
988             break;
989
990         /*
991          * Intersectional analysis, rows vs blocks.
992          */
993         for (y = 0; y < cr; y++)
994             for (x = 0; x < cr; x += r)
995                 for (n = 1; n <= cr; n++)
996                     /*
997                      * solver_intersect() never returns -1.
998                      */
999                     if (!usage->row[y*cr+n-1] &&
1000                         !usage->blk[((y%r)*c+(x/r))*cr+n-1] &&
1001                         (solver_intersect(usage, cubepos(0,y,n), cr*cr,
1002                                           cubepos(x,y%r,n), r*cr
1003 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1004                                           , "intersectional analysis,"
1005                                           " %d in row %d vs block (%d,%d)",
1006                                           n, 1+YUNTRANS(y), 1+x/r, 1+y%r
1007 #endif
1008                                           ) ||
1009                          solver_intersect(usage, cubepos(x,y%r,n), r*cr,
1010                                           cubepos(0,y,n), cr*cr
1011 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1012                                           , "intersectional analysis,"
1013                                           " %d in block (%d,%d) vs row %d",
1014                                           n, 1+x/r, 1+y%r, 1+YUNTRANS(y)
1015 #endif
1016                                           ))) {
1017                         diff = max(diff, DIFF_INTERSECT);
1018                         goto cont;
1019                     }
1020
1021         /*
1022          * Intersectional analysis, columns vs blocks.
1023          */
1024         for (x = 0; x < cr; x++)
1025             for (y = 0; y < r; y++)
1026                 for (n = 1; n <= cr; n++)
1027                     if (!usage->col[x*cr+n-1] &&
1028                         !usage->blk[(y*c+(x/r))*cr+n-1] &&
1029                         (solver_intersect(usage, cubepos(x,0,n), cr,
1030                                           cubepos((x/r)*r,y,n), r*cr
1031 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1032                                           , "intersectional analysis,"
1033                                           " %d in column %d vs block (%d,%d)",
1034                                           n, 1+x, 1+x/r, 1+y
1035 #endif
1036                                           ) ||
1037                          solver_intersect(usage, cubepos((x/r)*r,y,n), r*cr,
1038                                           cubepos(x,0,n), cr
1039 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1040                                           , "intersectional analysis,"
1041                                           " %d in block (%d,%d) vs column %d",
1042                                           n, 1+x/r, 1+y, 1+x
1043 #endif
1044                                           ))) {
1045                         diff = max(diff, DIFF_INTERSECT);
1046                         goto cont;
1047                     }
1048
1049         if (maxdiff <= DIFF_INTERSECT)
1050             break;
1051
1052         /*
1053          * Blockwise set elimination.
1054          */
1055         for (x = 0; x < cr; x += r)
1056             for (y = 0; y < r; y++) {
1057                 ret = solver_set(usage, scratch, cubepos(x,y,1), r*cr, 1
1058 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1059                                  , "set elimination, block (%d,%d)", 1+x/r, 1+y
1060 #endif
1061                                  );
1062                 if (ret < 0) {
1063                     diff = DIFF_IMPOSSIBLE;
1064                     goto got_result;
1065                 } else if (ret > 0) {
1066                     diff = max(diff, DIFF_SET);
1067                     goto cont;
1068                 }
1069             }
1070
1071         /*
1072          * Row-wise set elimination.
1073          */
1074         for (y = 0; y < cr; y++) {
1075             ret = solver_set(usage, scratch, cubepos(0,y,1), cr*cr, 1
1076 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1077                              , "set elimination, row %d", 1+YUNTRANS(y)
1078 #endif
1079                              );
1080             if (ret < 0) {
1081                 diff = DIFF_IMPOSSIBLE;
1082                 goto got_result;
1083             } else if (ret > 0) {
1084                 diff = max(diff, DIFF_SET);
1085                 goto cont;
1086             }
1087         }
1088
1089         /*
1090          * Column-wise set elimination.
1091          */
1092         for (x = 0; x < cr; x++) {
1093             ret = solver_set(usage, scratch, cubepos(x,0,1), cr, 1
1094 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1095                              , "set elimination, column %d", 1+x
1096 #endif
1097                              );
1098             if (ret < 0) {
1099                 diff = DIFF_IMPOSSIBLE;
1100                 goto got_result;
1101             } else if (ret > 0) {
1102                 diff = max(diff, DIFF_SET);
1103                 goto cont;
1104             }
1105         }
1106
1107         /*
1108          * If we reach here, we have made no deductions in this
1109          * iteration, so the algorithm terminates.
1110          */
1111         break;
1112     }
1113
1114     /*
1115      * Last chance: if we haven't fully solved the puzzle yet, try
1116      * recursing based on guesses for a particular square. We pick
1117      * one of the most constrained empty squares we can find, which
1118      * has the effect of pruning the search tree as much as
1119      * possible.
1120      */
1121     if (maxdiff >= DIFF_RECURSIVE) {
1122         int best, bestcount, bestnumber;
1123
1124         best = -1;
1125         bestcount = cr+1;
1126         bestnumber = 0;
1127
1128         for (y = 0; y < cr; y++)
1129             for (x = 0; x < cr; x++)
1130                 if (!grid[y*cr+x]) {
1131                     int count;
1132
1133                     /*
1134                      * An unfilled square. Count the number of
1135                      * possible digits in it.
1136                      */
1137                     count = 0;
1138                     for (n = 1; n <= cr; n++)
1139                         if (cube(x,YTRANS(y),n))
1140                             count++;
1141
1142                     /*
1143                      * We should have found any impossibilities
1144                      * already, so this can safely be an assert.
1145                      */
1146                     assert(count > 1);
1147
1148                     if (count < bestcount) {
1149                         bestcount = count;
1150                         bestnumber = 0;
1151                     }
1152
1153                     if (count == bestcount) {
1154                         bestnumber++;
1155                         if (bestnumber == 1 ||
1156                             (rs && random_upto(rs, bestnumber) == 0))
1157                             best = y*cr+x;
1158                     }
1159                 }
1160
1161         if (best != -1) {
1162             int i, j;
1163             digit *list, *ingrid, *outgrid;
1164
1165             diff = DIFF_IMPOSSIBLE;    /* no solution found yet */
1166
1167             /*
1168              * Attempt recursion.
1169              */
1170             y = best / cr;
1171             x = best % cr;
1172
1173             list = snewn(cr, digit);
1174             ingrid = snewn(cr * cr, digit);
1175             outgrid = snewn(cr * cr, digit);
1176             memcpy(ingrid, grid, cr * cr);
1177
1178             /* Make a list of the possible digits. */
1179             for (j = 0, n = 1; n <= cr; n++)
1180                 if (cube(x,YTRANS(y),n))
1181                     list[j++] = n;
1182
1183 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1184             if (solver_show_working) {
1185                 char *sep = "";
1186                 printf("%*srecursing on (%d,%d) [",
1187                        solver_recurse_depth*4, "", x, y);
1188                 for (i = 0; i < j; i++) {
1189                     printf("%s%d", sep, list[i]);
1190                     sep = " or ";
1191                 }
1192                 printf("]\n");
1193             }
1194 #endif
1195
1196             /* Now shuffle the list. */
1197             if (rs) {
1198                 for (i = j; i > 1; i--) {
1199                     int p = random_upto(rs, i);
1200                     if (p != i-1) {
1201                         int t = list[p];
1202                         list[p] = list[i-1];
1203                         list[i-1] = t;
1204                     }
1205                 }
1206             }
1207
1208             /*
1209              * And step along the list, recursing back into the
1210              * main solver at every stage.
1211              */
1212             for (i = 0; i < j; i++) {
1213                 int ret;
1214
1215                 memcpy(outgrid, ingrid, cr * cr);
1216                 outgrid[y*cr+x] = list[i];
1217
1218 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1219                 if (solver_show_working)
1220                     printf("%*sguessing %d at (%d,%d)\n",
1221                            solver_recurse_depth*4, "", list[i], x, y);
1222                 solver_recurse_depth++;
1223 #endif
1224
1225                 ret = solver(c, r, outgrid, rs, maxdiff);
1226
1227 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1228                 solver_recurse_depth--;
1229                 if (solver_show_working) {
1230                     printf("%*sretracting %d at (%d,%d)\n",
1231                            solver_recurse_depth*4, "", list[i], x, y);
1232                 }
1233 #endif
1234
1235                 /*
1236                  * If we have our first solution, copy it into the
1237                  * grid we will return.
1238                  */
1239                 if (diff == DIFF_IMPOSSIBLE && ret != DIFF_IMPOSSIBLE)
1240                     memcpy(grid, outgrid, cr*cr);
1241
1242                 if (ret == DIFF_AMBIGUOUS)
1243                     diff = DIFF_AMBIGUOUS;
1244                 else if (ret == DIFF_IMPOSSIBLE)
1245                     /* do not change our return value */;
1246                 else {
1247                     /* the recursion turned up exactly one solution */
1248                     if (diff == DIFF_IMPOSSIBLE)
1249                         diff = DIFF_RECURSIVE;
1250                     else
1251                         diff = DIFF_AMBIGUOUS;
1252                 }
1253
1254                 /*
1255                  * As soon as we've found more than one solution,
1256                  * give up immediately.
1257                  */
1258                 if (diff == DIFF_AMBIGUOUS)
1259                     break;
1260             }
1261
1262             sfree(outgrid);
1263             sfree(ingrid);
1264             sfree(list);
1265         }
1266
1267     } else {
1268         /*
1269          * We're forbidden to use recursion, so we just see whether
1270          * our grid is fully solved, and return DIFF_IMPOSSIBLE
1271          * otherwise.
1272          */
1273         for (y = 0; y < cr; y++)
1274             for (x = 0; x < cr; x++)
1275                 if (!grid[y*cr+x])
1276                     diff = DIFF_IMPOSSIBLE;
1277     }
1278
1279     got_result:;
1280
1281 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1282     if (solver_show_working)
1283         printf("%*s%s found\n",
1284                solver_recurse_depth*4, "",
1285                diff == DIFF_IMPOSSIBLE ? "no solution" :
1286                diff == DIFF_AMBIGUOUS ? "multiple solutions" :
1287                "one solution");
1288 #endif
1289
1290     sfree(usage->cube);
1291     sfree(usage->row);
1292     sfree(usage->col);
1293     sfree(usage->blk);
1294     sfree(usage);
1295
1296     solver_free_scratch(scratch);
1297
1298     return diff;
1299 }
1300
1301 /* ----------------------------------------------------------------------
1302  * End of solver code.
1303  */
1304
1305 /* ----------------------------------------------------------------------
1306  * Solo filled-grid generator.
1307  *
1308  * This grid generator works by essentially trying to solve a grid
1309  * starting from no clues, and not worrying that there's more than
1310  * one possible solution. Unfortunately, it isn't computationally
1311  * feasible to do this by calling the above solver with an empty
1312  * grid, because that one needs to allocate a lot of scratch space
1313  * at every recursion level. Instead, I have a much simpler
1314  * algorithm which I shamelessly copied from a Python solver
1315  * written by Andrew Wilkinson (which is GPLed, but I've reused
1316  * only ideas and no code). It mostly just does the obvious
1317  * recursive thing: pick an empty square, put one of the possible
1318  * digits in it, recurse until all squares are filled, backtrack
1319  * and change some choices if necessary.
1320  *
1321  * The clever bit is that every time it chooses which square to
1322  * fill in next, it does so by counting the number of _possible_
1323  * numbers that can go in each square, and it prioritises so that
1324  * it picks a square with the _lowest_ number of possibilities. The
1325  * idea is that filling in lots of the obvious bits (particularly
1326  * any squares with only one possibility) will cut down on the list
1327  * of possibilities for other squares and hence reduce the enormous
1328  * search space as much as possible as early as possible.
1329  */
1330
1331 /*
1332  * Internal data structure used in gridgen to keep track of
1333  * progress.
1334  */
1335 struct gridgen_coord { int x, y, r; };
1336 struct gridgen_usage {
1337     int c, r, cr;                      /* cr == c*r */
1338     /* grid is a copy of the input grid, modified as we go along */
1339     digit *grid;
1340     /* row[y*cr+n-1] TRUE if digit n has been placed in row y */
1341     unsigned char *row;
1342     /* col[x*cr+n-1] TRUE if digit n has been placed in row x */
1343     unsigned char *col;
1344     /* blk[(y*c+x)*cr+n-1] TRUE if digit n has been placed in block (x,y) */
1345     unsigned char *blk;
1346     /* This lists all the empty spaces remaining in the grid. */
1347     struct gridgen_coord *spaces;
1348     int nspaces;
1349     /* If we need randomisation in the solve, this is our random state. */
1350     random_state *rs;
1351 };
1352
1353 /*
1354  * The real recursive step in the generating function.
1355  */
1356 static int gridgen_real(struct gridgen_usage *usage, digit *grid)
1357 {
1358     int c = usage->c, r = usage->r, cr = usage->cr;
1359     int i, j, n, sx, sy, bestm, bestr, ret;
1360     int *digits;
1361
1362     /*
1363      * Firstly, check for completion! If there are no spaces left
1364      * in the grid, we have a solution.
1365      */
1366     if (usage->nspaces == 0) {
1367         memcpy(grid, usage->grid, cr * cr);
1368         return TRUE;
1369     }
1370
1371     /*
1372      * Otherwise, there must be at least one space. Find the most
1373      * constrained space, using the `r' field as a tie-breaker.
1374      */
1375     bestm = cr+1;                      /* so that any space will beat it */
1376     bestr = 0;
1377     i = sx = sy = -1;
1378     for (j = 0; j < usage->nspaces; j++) {
1379         int x = usage->spaces[j].x, y = usage->spaces[j].y;
1380         int m;
1381
1382         /*
1383          * Find the number of digits that could go in this space.
1384          */
1385         m = 0;
1386         for (n = 0; n < cr; n++)
1387             if (!usage->row[y*cr+n] && !usage->col[x*cr+n] &&
1388                 !usage->blk[((y/c)*c+(x/r))*cr+n])
1389                 m++;
1390
1391         if (m < bestm || (m == bestm && usage->spaces[j].r < bestr)) {
1392             bestm = m;
1393             bestr = usage->spaces[j].r;
1394             sx = x;
1395             sy = y;
1396             i = j;
1397         }
1398     }
1399
1400     /*
1401      * Swap that square into the final place in the spaces array,
1402      * so that decrementing nspaces will remove it from the list.
1403      */
1404     if (i != usage->nspaces-1) {
1405         struct gridgen_coord t;
1406         t = usage->spaces[usage->nspaces-1];
1407         usage->spaces[usage->nspaces-1] = usage->spaces[i];
1408         usage->spaces[i] = t;
1409     }
1410
1411     /*
1412      * Now we've decided which square to start our recursion at,
1413      * simply go through all possible values, shuffling them
1414      * randomly first if necessary.
1415      */
1416     digits = snewn(bestm, int);
1417     j = 0;
1418     for (n = 0; n < cr; n++)
1419         if (!usage->row[sy*cr+n] && !usage->col[sx*cr+n] &&
1420             !usage->blk[((sy/c)*c+(sx/r))*cr+n]) {
1421             digits[j++] = n+1;
1422         }
1423
1424     if (usage->rs) {
1425         /* shuffle */
1426         for (i = j; i > 1; i--) {
1427             int p = random_upto(usage->rs, i);
1428             if (p != i-1) {
1429                 int t = digits[p];
1430                 digits[p] = digits[i-1];
1431                 digits[i-1] = t;
1432             }
1433         }
1434     }
1435
1436     /* And finally, go through the digit list and actually recurse. */
1437     ret = FALSE;
1438     for (i = 0; i < j; i++) {
1439         n = digits[i];
1440
1441         /* Update the usage structure to reflect the placing of this digit. */
1442         usage->row[sy*cr+n-1] = usage->col[sx*cr+n-1] =
1443             usage->blk[((sy/c)*c+(sx/r))*cr+n-1] = TRUE;
1444         usage->grid[sy*cr+sx] = n;
1445         usage->nspaces--;
1446
1447         /* Call the solver recursively. Stop when we find a solution. */
1448         if (gridgen_real(usage, grid))
1449             ret = TRUE;
1450
1451         /* Revert the usage structure. */
1452         usage->row[sy*cr+n-1] = usage->col[sx*cr+n-1] =
1453             usage->blk[((sy/c)*c+(sx/r))*cr+n-1] = FALSE;
1454         usage->grid[sy*cr+sx] = 0;
1455         usage->nspaces++;
1456
1457         if (ret)
1458             break;
1459     }
1460
1461     sfree(digits);
1462     return ret;
1463 }
1464
1465 /*
1466  * Entry point to generator. You give it dimensions and a starting
1467  * grid, which is simply an array of cr*cr digits.
1468  */
1469 static void gridgen(int c, int r, digit *grid, random_state *rs)
1470 {
1471     struct gridgen_usage *usage;
1472     int x, y, cr = c*r;
1473
1474     /*
1475      * Clear the grid to start with.
1476      */
1477     memset(grid, 0, cr*cr);
1478
1479     /*
1480      * Create a gridgen_usage structure.
1481      */
1482     usage = snew(struct gridgen_usage);
1483
1484     usage->c = c;
1485     usage->r = r;
1486     usage->cr = cr;
1487
1488     usage->grid = snewn(cr * cr, digit);
1489     memcpy(usage->grid, grid, cr * cr);
1490
1491     usage->row = snewn(cr * cr, unsigned char);
1492     usage->col = snewn(cr * cr, unsigned char);
1493     usage->blk = snewn(cr * cr, unsigned char);
1494     memset(usage->row, FALSE, cr * cr);
1495     memset(usage->col, FALSE, cr * cr);
1496     memset(usage->blk, FALSE, cr * cr);
1497
1498     usage->spaces = snewn(cr * cr, struct gridgen_coord);
1499     usage->nspaces = 0;
1500
1501     usage->rs = rs;
1502
1503     /*
1504      * Initialise the list of grid spaces.
1505      */
1506     for (y = 0; y < cr; y++) {
1507         for (x = 0; x < cr; x++) {
1508             usage->spaces[usage->nspaces].x = x;
1509             usage->spaces[usage->nspaces].y = y;
1510             usage->spaces[usage->nspaces].r = random_bits(rs, 31);
1511             usage->nspaces++;
1512         }
1513     }
1514
1515     /*
1516      * Run the real generator function.
1517      */
1518     gridgen_real(usage, grid);
1519
1520     /*
1521      * Clean up the usage structure now we have our answer.
1522      */
1523     sfree(usage->spaces);
1524     sfree(usage->blk);
1525     sfree(usage->col);
1526     sfree(usage->row);
1527     sfree(usage->grid);
1528     sfree(usage);
1529 }
1530
1531 /* ----------------------------------------------------------------------
1532  * End of grid generator code.
1533  */
1534
1535 /*
1536  * Check whether a grid contains a valid complete puzzle.
1537  */
1538 static int check_valid(int c, int r, digit *grid)
1539 {
1540     int cr = c*r;
1541     unsigned char *used;
1542     int x, y, n;
1543
1544     used = snewn(cr, unsigned char);
1545
1546     /*
1547      * Check that each row contains precisely one of everything.
1548      */
1549     for (y = 0; y < cr; y++) {
1550         memset(used, FALSE, cr);
1551         for (x = 0; x < cr; x++)
1552             if (grid[y*cr+x] > 0 && grid[y*cr+x] <= cr)
1553                 used[grid[y*cr+x]-1] = TRUE;
1554         for (n = 0; n < cr; n++)
1555             if (!used[n]) {
1556                 sfree(used);
1557                 return FALSE;
1558             }
1559     }
1560
1561     /*
1562      * Check that each column contains precisely one of everything.
1563      */
1564     for (x = 0; x < cr; x++) {
1565         memset(used, FALSE, cr);
1566         for (y = 0; y < cr; y++)
1567             if (grid[y*cr+x] > 0 && grid[y*cr+x] <= cr)
1568                 used[grid[y*cr+x]-1] = TRUE;
1569         for (n = 0; n < cr; n++)
1570             if (!used[n]) {
1571                 sfree(used);
1572                 return FALSE;
1573             }
1574     }
1575
1576     /*
1577      * Check that each block contains precisely one of everything.
1578      */
1579     for (x = 0; x < cr; x += r) {
1580         for (y = 0; y < cr; y += c) {
1581             int xx, yy;
1582             memset(used, FALSE, cr);
1583             for (xx = x; xx < x+r; xx++)
1584                 for (yy = 0; yy < y+c; yy++)
1585                     if (grid[yy*cr+xx] > 0 && grid[yy*cr+xx] <= cr)
1586                         used[grid[yy*cr+xx]-1] = TRUE;
1587             for (n = 0; n < cr; n++)
1588                 if (!used[n]) {
1589                     sfree(used);
1590                     return FALSE;
1591                 }
1592         }
1593     }
1594
1595     sfree(used);
1596     return TRUE;
1597 }
1598
1599 static int symmetries(game_params *params, int x, int y, int *output, int s)
1600 {
1601     int c = params->c, r = params->r, cr = c*r;
1602     int i = 0;
1603
1604 #define ADD(x,y) (*output++ = (x), *output++ = (y), i++)
1605
1606     ADD(x, y);
1607
1608     switch (s) {
1609       case SYMM_NONE:
1610         break;                         /* just x,y is all we need */
1611       case SYMM_ROT2:
1612         ADD(cr - 1 - x, cr - 1 - y);
1613         break;
1614       case SYMM_ROT4:
1615         ADD(cr - 1 - y, x);
1616         ADD(y, cr - 1 - x);
1617         ADD(cr - 1 - x, cr - 1 - y);
1618         break;
1619       case SYMM_REF2:
1620         ADD(cr - 1 - x, y);
1621         break;
1622       case SYMM_REF2D:
1623         ADD(y, x);
1624         break;
1625       case SYMM_REF4:
1626         ADD(cr - 1 - x, y);
1627         ADD(x, cr - 1 - y);
1628         ADD(cr - 1 - x, cr - 1 - y);
1629         break;
1630       case SYMM_REF4D:
1631         ADD(y, x);
1632         ADD(cr - 1 - x, cr - 1 - y);
1633         ADD(cr - 1 - y, cr - 1 - x);
1634         break;
1635       case SYMM_REF8:
1636         ADD(cr - 1 - x, y);
1637         ADD(x, cr - 1 - y);
1638         ADD(cr - 1 - x, cr - 1 - y);
1639         ADD(y, x);
1640         ADD(y, cr - 1 - x);
1641         ADD(cr - 1 - y, x);
1642         ADD(cr - 1 - y, cr - 1 - x);
1643         break;
1644     }
1645
1646 #undef ADD
1647
1648     return i;
1649 }
1650
1651 static char *encode_solve_move(int cr, digit *grid)
1652 {
1653     int i, len;
1654     char *ret, *p, *sep;
1655
1656     /*
1657      * It's surprisingly easy to work out _exactly_ how long this
1658      * string needs to be. To decimal-encode all the numbers from 1
1659      * to n:
1660      * 
1661      *  - every number has a units digit; total is n.
1662      *  - all numbers above 9 have a tens digit; total is max(n-9,0).
1663      *  - all numbers above 99 have a hundreds digit; total is max(n-99,0).
1664      *  - and so on.
1665      */
1666     len = 0;
1667     for (i = 1; i <= cr; i *= 10)
1668         len += max(cr - i + 1, 0);
1669     len += cr;                 /* don't forget the commas */
1670     len *= cr;                 /* there are cr rows of these */
1671
1672     /*
1673      * Now len is one bigger than the total size of the
1674      * comma-separated numbers (because we counted an
1675      * additional leading comma). We need to have a leading S
1676      * and a trailing NUL, so we're off by one in total.
1677      */
1678     len++;
1679
1680     ret = snewn(len, char);
1681     p = ret;
1682     *p++ = 'S';
1683     sep = "";
1684     for (i = 0; i < cr*cr; i++) {
1685         p += sprintf(p, "%s%d", sep, grid[i]);
1686         sep = ",";
1687     }
1688     *p++ = '\0';
1689     assert(p - ret == len);
1690
1691     return ret;
1692 }
1693
1694 static char *new_game_desc(game_params *params, random_state *rs,
1695                            char **aux, int interactive)
1696 {
1697     int c = params->c, r = params->r, cr = c*r;
1698     int area = cr*cr;
1699     digit *grid, *grid2;
1700     struct xy { int x, y; } *locs;
1701     int nlocs;
1702     char *desc;
1703     int coords[16], ncoords;
1704     int *symmclasses, nsymmclasses;
1705     int maxdiff, recursing;
1706
1707     /*
1708      * Adjust the maximum difficulty level to be consistent with
1709      * the puzzle size: all 2x2 puzzles appear to be Trivial
1710      * (DIFF_BLOCK) so we cannot hold out for even a Basic
1711      * (DIFF_SIMPLE) one.
1712      */
1713     maxdiff = params->diff;
1714     if (c == 2 && r == 2)
1715         maxdiff = DIFF_BLOCK;
1716
1717     grid = snewn(area, digit);
1718     locs = snewn(area, struct xy);
1719     grid2 = snewn(area, digit);
1720
1721     /*
1722      * Find the set of equivalence classes of squares permitted
1723      * by the selected symmetry. We do this by enumerating all
1724      * the grid squares which have no symmetric companion
1725      * sorting lower than themselves.
1726      */
1727     nsymmclasses = 0;
1728     symmclasses = snewn(cr * cr, int);
1729     {
1730         int x, y;
1731
1732         for (y = 0; y < cr; y++)
1733             for (x = 0; x < cr; x++) {
1734                 int i = y*cr+x;
1735                 int j;
1736
1737                 ncoords = symmetries(params, x, y, coords, params->symm);
1738                 for (j = 0; j < ncoords; j++)
1739                     if (coords[2*j+1]*cr+coords[2*j] < i)
1740                         break;
1741                 if (j == ncoords)
1742                     symmclasses[nsymmclasses++] = i;
1743             }
1744     }
1745
1746     /*
1747      * Loop until we get a grid of the required difficulty. This is
1748      * nasty, but it seems to be unpleasantly hard to generate
1749      * difficult grids otherwise.
1750      */
1751     do {
1752         /*
1753          * Generate a random solved state.
1754          */
1755         gridgen(c, r, grid, rs);
1756         assert(check_valid(c, r, grid));
1757
1758         /*
1759          * Save the solved grid in aux.
1760          */
1761         {
1762             /*
1763              * We might already have written *aux the last time we
1764              * went round this loop, in which case we should free
1765              * the old aux before overwriting it with the new one.
1766              */
1767             if (*aux) {
1768                 sfree(*aux);
1769             }
1770
1771             *aux = encode_solve_move(cr, grid);
1772         }
1773
1774         /*
1775          * Now we have a solved grid, start removing things from it
1776          * while preserving solubility.
1777          */
1778         recursing = FALSE;
1779         while (1) {
1780             int x, y, i, j;
1781
1782             /*
1783              * Iterate over the grid and enumerate all the filled
1784              * squares we could empty.
1785              */
1786             nlocs = 0;
1787
1788             for (i = 0; i < nsymmclasses; i++) {
1789                 x = symmclasses[i] % cr;
1790                 y = symmclasses[i] / cr;
1791                 if (grid[y*cr+x]) {
1792                     locs[nlocs].x = x;
1793                     locs[nlocs].y = y;
1794                     nlocs++;
1795                 }
1796             }
1797
1798             /*
1799              * Now shuffle that list.
1800              */
1801             for (i = nlocs; i > 1; i--) {
1802                 int p = random_upto(rs, i);
1803                 if (p != i-1) {
1804                     struct xy t = locs[p];
1805                     locs[p] = locs[i-1];
1806                     locs[i-1] = t;
1807                 }
1808             }
1809
1810             /*
1811              * Now loop over the shuffled list and, for each element,
1812              * see whether removing that element (and its reflections)
1813              * from the grid will still leave the grid soluble by
1814              * solver.
1815              */
1816             for (i = 0; i < nlocs; i++) {
1817                 int ret;
1818
1819                 x = locs[i].x;
1820                 y = locs[i].y;
1821
1822                 memcpy(grid2, grid, area);
1823                 ncoords = symmetries(params, x, y, coords, params->symm);
1824                 for (j = 0; j < ncoords; j++)
1825                     grid2[coords[2*j+1]*cr+coords[2*j]] = 0;
1826
1827                 ret = solver(c, r, grid2, NULL, maxdiff);
1828                 if (ret != DIFF_IMPOSSIBLE && ret != DIFF_AMBIGUOUS) {
1829                     for (j = 0; j < ncoords; j++)
1830                         grid[coords[2*j+1]*cr+coords[2*j]] = 0;
1831                     break;
1832                 }
1833             }
1834
1835             if (i == nlocs) {
1836                 /*
1837                  * There was nothing we could remove without
1838                  * destroying solvability. Give up.
1839                  */
1840                 break;
1841             }
1842         }
1843
1844         memcpy(grid2, grid, area);
1845     } while (solver(c, r, grid2, NULL, maxdiff) < maxdiff);
1846
1847     sfree(grid2);
1848     sfree(locs);
1849
1850     sfree(symmclasses);
1851
1852     /*
1853      * Now we have the grid as it will be presented to the user.
1854      * Encode it in a game desc.
1855      */
1856     {
1857         char *p;
1858         int run, i;
1859
1860         desc = snewn(5 * area, char);
1861         p = desc;
1862         run = 0;
1863         for (i = 0; i <= area; i++) {
1864             int n = (i < area ? grid[i] : -1);
1865
1866             if (!n)
1867                 run++;
1868             else {
1869                 if (run) {
1870                     while (run > 0) {
1871                         int c = 'a' - 1 + run;
1872                         if (run > 26)
1873                             c = 'z';
1874                         *p++ = c;
1875                         run -= c - ('a' - 1);
1876                     }
1877                 } else {
1878                     /*
1879                      * If there's a number in the very top left or
1880                      * bottom right, there's no point putting an
1881                      * unnecessary _ before or after it.
1882                      */
1883                     if (p > desc && n > 0)
1884                         *p++ = '_';
1885                 }
1886                 if (n > 0)
1887                     p += sprintf(p, "%d", n);
1888                 run = 0;
1889             }
1890         }
1891         assert(p - desc < 5 * area);
1892         *p++ = '\0';
1893         desc = sresize(desc, p - desc, char);
1894     }
1895
1896     sfree(grid);
1897
1898     return desc;
1899 }
1900
1901 static char *validate_desc(game_params *params, char *desc)
1902 {
1903     int area = params->r * params->r * params->c * params->c;
1904     int squares = 0;
1905
1906     while (*desc) {
1907         int n = *desc++;
1908         if (n >= 'a' && n <= 'z') {
1909             squares += n - 'a' + 1;
1910         } else if (n == '_') {
1911             /* do nothing */;
1912         } else if (n > '0' && n <= '9') {
1913             squares++;
1914             while (*desc >= '0' && *desc <= '9')
1915                 desc++;
1916         } else
1917             return "Invalid character in game description";
1918     }
1919
1920     if (squares < area)
1921         return "Not enough data to fill grid";
1922
1923     if (squares > area)
1924         return "Too much data to fit in grid";
1925
1926     return NULL;
1927 }
1928
1929 static game_state *new_game(midend_data *me, game_params *params, char *desc)
1930 {
1931     game_state *state = snew(game_state);
1932     int c = params->c, r = params->r, cr = c*r, area = cr * cr;
1933     int i;
1934
1935     state->c = params->c;
1936     state->r = params->r;
1937
1938     state->grid = snewn(area, digit);
1939     state->pencil = snewn(area * cr, unsigned char);
1940     memset(state->pencil, 0, area * cr);
1941     state->immutable = snewn(area, unsigned char);
1942     memset(state->immutable, FALSE, area);
1943
1944     state->completed = state->cheated = FALSE;
1945
1946     i = 0;
1947     while (*desc) {
1948         int n = *desc++;
1949         if (n >= 'a' && n <= 'z') {
1950             int run = n - 'a' + 1;
1951             assert(i + run <= area);
1952             while (run-- > 0)
1953                 state->grid[i++] = 0;
1954         } else if (n == '_') {
1955             /* do nothing */;
1956         } else if (n > '0' && n <= '9') {
1957             assert(i < area);
1958             state->immutable[i] = TRUE;
1959             state->grid[i++] = atoi(desc-1);
1960             while (*desc >= '0' && *desc <= '9')
1961                 desc++;
1962         } else {
1963             assert(!"We can't get here");
1964         }
1965     }
1966     assert(i == area);
1967
1968     return state;
1969 }
1970
1971 static game_state *dup_game(game_state *state)
1972 {
1973     game_state *ret = snew(game_state);
1974     int c = state->c, r = state->r, cr = c*r, area = cr * cr;
1975
1976     ret->c = state->c;
1977     ret->r = state->r;
1978
1979     ret->grid = snewn(area, digit);
1980     memcpy(ret->grid, state->grid, area);
1981
1982     ret->pencil = snewn(area * cr, unsigned char);
1983     memcpy(ret->pencil, state->pencil, area * cr);
1984
1985     ret->immutable = snewn(area, unsigned char);
1986     memcpy(ret->immutable, state->immutable, area);
1987
1988     ret->completed = state->completed;
1989     ret->cheated = state->cheated;
1990
1991     return ret;
1992 }
1993
1994 static void free_game(game_state *state)
1995 {
1996     sfree(state->immutable);
1997     sfree(state->pencil);
1998     sfree(state->grid);
1999     sfree(state);
2000 }
2001
2002 static char *solve_game(game_state *state, game_state *currstate,
2003                         char *ai, char **error)
2004 {
2005     int c = state->c, r = state->r, cr = c*r;
2006     char *ret;
2007     digit *grid;
2008     int solve_ret;
2009
2010     /*
2011      * If we already have the solution in ai, save ourselves some
2012      * time.
2013      */
2014     if (ai)
2015         return dupstr(ai);
2016
2017     grid = snewn(cr*cr, digit);
2018     memcpy(grid, state->grid, cr*cr);
2019     solve_ret = solver(c, r, grid, NULL, DIFF_RECURSIVE);
2020
2021     *error = NULL;
2022
2023     if (solve_ret == DIFF_IMPOSSIBLE)
2024         *error = "No solution exists for this puzzle";
2025     else if (solve_ret == DIFF_AMBIGUOUS)
2026         *error = "Multiple solutions exist for this puzzle";
2027
2028     if (*error) {
2029         sfree(grid);
2030         return NULL;
2031     }
2032
2033     ret = encode_solve_move(cr, grid);
2034
2035     sfree(grid);
2036
2037     return ret;
2038 }
2039
2040 static char *grid_text_format(int c, int r, digit *grid)
2041 {
2042     int cr = c*r;
2043     int x, y;
2044     int maxlen;
2045     char *ret, *p;
2046
2047     /*
2048      * There are cr lines of digits, plus r-1 lines of block
2049      * separators. Each line contains cr digits, cr-1 separating
2050      * spaces, and c-1 two-character block separators. Thus, the
2051      * total length of a line is 2*cr+2*c-3 (not counting the
2052      * newline), and there are cr+r-1 of them.
2053      */
2054     maxlen = (cr+r-1) * (2*cr+2*c-2);
2055     ret = snewn(maxlen+1, char);
2056     p = ret;
2057
2058     for (y = 0; y < cr; y++) {
2059         for (x = 0; x < cr; x++) {
2060             int ch = grid[y * cr + x];
2061             if (ch == 0)
2062                 ch = ' ';
2063             else if (ch <= 9)
2064                 ch = '0' + ch;
2065             else
2066                 ch = 'a' + ch-10;
2067             *p++ = ch;
2068             if (x+1 < cr) {
2069                 *p++ = ' ';
2070                 if ((x+1) % r == 0) {
2071                     *p++ = '|';
2072                     *p++ = ' ';
2073                 }
2074             }
2075         }
2076         *p++ = '\n';
2077         if (y+1 < cr && (y+1) % c == 0) {
2078             for (x = 0; x < cr; x++) {
2079                 *p++ = '-';
2080                 if (x+1 < cr) {
2081                     *p++ = '-';
2082                     if ((x+1) % r == 0) {
2083                         *p++ = '+';
2084                         *p++ = '-';
2085                     }
2086                 }
2087             }
2088             *p++ = '\n';
2089         }
2090     }
2091
2092     assert(p - ret == maxlen);
2093     *p = '\0';
2094     return ret;
2095 }
2096
2097 static char *game_text_format(game_state *state)
2098 {
2099     return grid_text_format(state->c, state->r, state->grid);
2100 }
2101
2102 struct game_ui {
2103     /*
2104      * These are the coordinates of the currently highlighted
2105      * square on the grid, or -1,-1 if there isn't one. When there
2106      * is, pressing a valid number or letter key or Space will
2107      * enter that number or letter in the grid.
2108      */
2109     int hx, hy;
2110     /*
2111      * This indicates whether the current highlight is a
2112      * pencil-mark one or a real one.
2113      */
2114     int hpencil;
2115 };
2116
2117 static game_ui *new_ui(game_state *state)
2118 {
2119     game_ui *ui = snew(game_ui);
2120
2121     ui->hx = ui->hy = -1;
2122     ui->hpencil = 0;
2123
2124     return ui;
2125 }
2126
2127 static void free_ui(game_ui *ui)
2128 {
2129     sfree(ui);
2130 }
2131
2132 static char *encode_ui(game_ui *ui)
2133 {
2134     return NULL;
2135 }
2136
2137 static void decode_ui(game_ui *ui, char *encoding)
2138 {
2139 }
2140
2141 static void game_changed_state(game_ui *ui, game_state *oldstate,
2142                                game_state *newstate)
2143 {
2144     int c = newstate->c, r = newstate->r, cr = c*r;
2145     /*
2146      * We prevent pencil-mode highlighting of a filled square. So
2147      * if the user has just filled in a square which we had a
2148      * pencil-mode highlight in (by Undo, or by Redo, or by Solve),
2149      * then we cancel the highlight.
2150      */
2151     if (ui->hx >= 0 && ui->hy >= 0 && ui->hpencil &&
2152         newstate->grid[ui->hy * cr + ui->hx] != 0) {
2153         ui->hx = ui->hy = -1;
2154     }
2155 }
2156
2157 struct game_drawstate {
2158     int started;
2159     int c, r, cr;
2160     int tilesize;
2161     digit *grid;
2162     unsigned char *pencil;
2163     unsigned char *hl;
2164     /* This is scratch space used within a single call to game_redraw. */
2165     int *entered_items;
2166 };
2167
2168 static char *interpret_move(game_state *state, game_ui *ui, game_drawstate *ds,
2169                             int x, int y, int button)
2170 {
2171     int c = state->c, r = state->r, cr = c*r;
2172     int tx, ty;
2173     char buf[80];
2174
2175     button &= ~MOD_MASK;
2176
2177     tx = (x + TILE_SIZE - BORDER) / TILE_SIZE - 1;
2178     ty = (y + TILE_SIZE - BORDER) / TILE_SIZE - 1;
2179
2180     if (tx >= 0 && tx < cr && ty >= 0 && ty < cr) {
2181         if (button == LEFT_BUTTON) {
2182             if (state->immutable[ty*cr+tx]) {
2183                 ui->hx = ui->hy = -1;
2184             } else if (tx == ui->hx && ty == ui->hy && ui->hpencil == 0) {
2185                 ui->hx = ui->hy = -1;
2186             } else {
2187                 ui->hx = tx;
2188                 ui->hy = ty;
2189                 ui->hpencil = 0;
2190             }
2191             return "";                 /* UI activity occurred */
2192         }
2193         if (button == RIGHT_BUTTON) {
2194             /*
2195              * Pencil-mode highlighting for non filled squares.
2196              */
2197             if (state->grid[ty*cr+tx] == 0) {
2198                 if (tx == ui->hx && ty == ui->hy && ui->hpencil) {
2199                     ui->hx = ui->hy = -1;
2200                 } else {
2201                     ui->hpencil = 1;
2202                     ui->hx = tx;
2203                     ui->hy = ty;
2204                 }
2205             } else {
2206                 ui->hx = ui->hy = -1;
2207             }
2208             return "";                 /* UI activity occurred */
2209         }
2210     }
2211
2212     if (ui->hx != -1 && ui->hy != -1 &&
2213         ((button >= '1' && button <= '9' && button - '0' <= cr) ||
2214          (button >= 'a' && button <= 'z' && button - 'a' + 10 <= cr) ||
2215          (button >= 'A' && button <= 'Z' && button - 'A' + 10 <= cr) ||
2216          button == ' ')) {
2217         int n = button - '0';
2218         if (button >= 'A' && button <= 'Z')
2219             n = button - 'A' + 10;
2220         if (button >= 'a' && button <= 'z')
2221             n = button - 'a' + 10;
2222         if (button == ' ')
2223             n = 0;
2224
2225         /*
2226          * Can't overwrite this square. In principle this shouldn't
2227          * happen anyway because we should never have even been
2228          * able to highlight the square, but it never hurts to be
2229          * careful.
2230          */
2231         if (state->immutable[ui->hy*cr+ui->hx])
2232             return NULL;
2233
2234         /*
2235          * Can't make pencil marks in a filled square. In principle
2236          * this shouldn't happen anyway because we should never
2237          * have even been able to pencil-highlight the square, but
2238          * it never hurts to be careful.
2239          */
2240         if (ui->hpencil && state->grid[ui->hy*cr+ui->hx])
2241             return NULL;
2242
2243         sprintf(buf, "%c%d,%d,%d",
2244                 (char)(ui->hpencil && n > 0 ? 'P' : 'R'), ui->hx, ui->hy, n);
2245
2246         ui->hx = ui->hy = -1;
2247
2248         return dupstr(buf);
2249     }
2250
2251     return NULL;
2252 }
2253
2254 static game_state *execute_move(game_state *from, char *move)
2255 {
2256     int c = from->c, r = from->r, cr = c*r;
2257     game_state *ret;
2258     int x, y, n;
2259
2260     if (move[0] == 'S') {
2261         char *p;
2262
2263         ret = dup_game(from);
2264         ret->completed = ret->cheated = TRUE;
2265
2266         p = move+1;
2267         for (n = 0; n < cr*cr; n++) {
2268             ret->grid[n] = atoi(p);
2269
2270             if (!*p || ret->grid[n] < 1 || ret->grid[n] > cr) {
2271                 free_game(ret);
2272                 return NULL;
2273             }
2274
2275             while (*p && isdigit((unsigned char)*p)) p++;
2276             if (*p == ',') p++;
2277         }
2278
2279         return ret;
2280     } else if ((move[0] == 'P' || move[0] == 'R') &&
2281         sscanf(move+1, "%d,%d,%d", &x, &y, &n) == 3 &&
2282         x >= 0 && x < cr && y >= 0 && y < cr && n >= 0 && n <= cr) {
2283
2284         ret = dup_game(from);
2285         if (move[0] == 'P' && n > 0) {
2286             int index = (y*cr+x) * cr + (n-1);
2287             ret->pencil[index] = !ret->pencil[index];
2288         } else {
2289             ret->grid[y*cr+x] = n;
2290             memset(ret->pencil + (y*cr+x)*cr, 0, cr);
2291
2292             /*
2293              * We've made a real change to the grid. Check to see
2294              * if the game has been completed.
2295              */
2296             if (!ret->completed && check_valid(c, r, ret->grid)) {
2297                 ret->completed = TRUE;
2298             }
2299         }
2300         return ret;
2301     } else
2302         return NULL;                   /* couldn't parse move string */
2303 }
2304
2305 /* ----------------------------------------------------------------------
2306  * Drawing routines.
2307  */
2308
2309 #define SIZE(cr) ((cr) * TILE_SIZE + 2*BORDER + 1)
2310 #define GETTILESIZE(cr, w) ( (double)(w-1) / (double)(cr+1) )
2311
2312 static void game_compute_size(game_params *params, int tilesize,
2313                               int *x, int *y)
2314 {
2315     /* Ick: fake up `ds->tilesize' for macro expansion purposes */
2316     struct { int tilesize; } ads, *ds = &ads;
2317     ads.tilesize = tilesize;
2318
2319     *x = SIZE(params->c * params->r);
2320     *y = SIZE(params->c * params->r);
2321 }
2322
2323 static void game_set_size(game_drawstate *ds, game_params *params,
2324                           int tilesize)
2325 {
2326     ds->tilesize = tilesize;
2327 }
2328
2329 static float *game_colours(frontend *fe, game_state *state, int *ncolours)
2330 {
2331     float *ret = snewn(3 * NCOLOURS, float);
2332
2333     frontend_default_colour(fe, &ret[COL_BACKGROUND * 3]);
2334
2335     ret[COL_GRID * 3 + 0] = 0.0F;
2336     ret[COL_GRID * 3 + 1] = 0.0F;
2337     ret[COL_GRID * 3 + 2] = 0.0F;
2338
2339     ret[COL_CLUE * 3 + 0] = 0.0F;
2340     ret[COL_CLUE * 3 + 1] = 0.0F;
2341     ret[COL_CLUE * 3 + 2] = 0.0F;
2342
2343     ret[COL_USER * 3 + 0] = 0.0F;
2344     ret[COL_USER * 3 + 1] = 0.6F * ret[COL_BACKGROUND * 3 + 1];
2345     ret[COL_USER * 3 + 2] = 0.0F;
2346
2347     ret[COL_HIGHLIGHT * 3 + 0] = 0.85F * ret[COL_BACKGROUND * 3 + 0];
2348     ret[COL_HIGHLIGHT * 3 + 1] = 0.85F * ret[COL_BACKGROUND * 3 + 1];
2349     ret[COL_HIGHLIGHT * 3 + 2] = 0.85F * ret[COL_BACKGROUND * 3 + 2];
2350
2351     ret[COL_ERROR * 3 + 0] = 1.0F;
2352     ret[COL_ERROR * 3 + 1] = 0.0F;
2353     ret[COL_ERROR * 3 + 2] = 0.0F;
2354
2355     ret[COL_PENCIL * 3 + 0] = 0.5F * ret[COL_BACKGROUND * 3 + 0];
2356     ret[COL_PENCIL * 3 + 1] = 0.5F * ret[COL_BACKGROUND * 3 + 1];
2357     ret[COL_PENCIL * 3 + 2] = ret[COL_BACKGROUND * 3 + 2];
2358
2359     *ncolours = NCOLOURS;
2360     return ret;
2361 }
2362
2363 static game_drawstate *game_new_drawstate(game_state *state)
2364 {
2365     struct game_drawstate *ds = snew(struct game_drawstate);
2366     int c = state->c, r = state->r, cr = c*r;
2367
2368     ds->started = FALSE;
2369     ds->c = c;
2370     ds->r = r;
2371     ds->cr = cr;
2372     ds->grid = snewn(cr*cr, digit);
2373     memset(ds->grid, 0, cr*cr);
2374     ds->pencil = snewn(cr*cr*cr, digit);
2375     memset(ds->pencil, 0, cr*cr*cr);
2376     ds->hl = snewn(cr*cr, unsigned char);
2377     memset(ds->hl, 0, cr*cr);
2378     ds->entered_items = snewn(cr*cr, int);
2379     ds->tilesize = 0;                  /* not decided yet */
2380     return ds;
2381 }
2382
2383 static void game_free_drawstate(game_drawstate *ds)
2384 {
2385     sfree(ds->hl);
2386     sfree(ds->pencil);
2387     sfree(ds->grid);
2388     sfree(ds->entered_items);
2389     sfree(ds);
2390 }
2391
2392 static void draw_number(frontend *fe, game_drawstate *ds, game_state *state,
2393                         int x, int y, int hl)
2394 {
2395     int c = state->c, r = state->r, cr = c*r;
2396     int tx, ty;
2397     int cx, cy, cw, ch;
2398     char str[2];
2399
2400     if (ds->grid[y*cr+x] == state->grid[y*cr+x] &&
2401         ds->hl[y*cr+x] == hl &&
2402         !memcmp(ds->pencil+(y*cr+x)*cr, state->pencil+(y*cr+x)*cr, cr))
2403         return;                        /* no change required */
2404
2405     tx = BORDER + x * TILE_SIZE + 2;
2406     ty = BORDER + y * TILE_SIZE + 2;
2407
2408     cx = tx;
2409     cy = ty;
2410     cw = TILE_SIZE-3;
2411     ch = TILE_SIZE-3;
2412
2413     if (x % r)
2414         cx--, cw++;
2415     if ((x+1) % r)
2416         cw++;
2417     if (y % c)
2418         cy--, ch++;
2419     if ((y+1) % c)
2420         ch++;
2421
2422     clip(fe, cx, cy, cw, ch);
2423
2424     /* background needs erasing */
2425     draw_rect(fe, cx, cy, cw, ch, (hl & 15) == 1 ? COL_HIGHLIGHT : COL_BACKGROUND);
2426
2427     /* pencil-mode highlight */
2428     if ((hl & 15) == 2) {
2429         int coords[6];
2430         coords[0] = cx;
2431         coords[1] = cy;
2432         coords[2] = cx+cw/2;
2433         coords[3] = cy;
2434         coords[4] = cx;
2435         coords[5] = cy+ch/2;
2436         draw_polygon(fe, coords, 3, COL_HIGHLIGHT, COL_HIGHLIGHT);
2437     }
2438
2439     /* new number needs drawing? */
2440     if (state->grid[y*cr+x]) {
2441         str[1] = '\0';
2442         str[0] = state->grid[y*cr+x] + '0';
2443         if (str[0] > '9')
2444             str[0] += 'a' - ('9'+1);
2445         draw_text(fe, tx + TILE_SIZE/2, ty + TILE_SIZE/2,
2446                   FONT_VARIABLE, TILE_SIZE/2, ALIGN_VCENTRE | ALIGN_HCENTRE,
2447                   state->immutable[y*cr+x] ? COL_CLUE : (hl & 16) ? COL_ERROR : COL_USER, str);
2448     } else {
2449         int i, j, npencil;
2450         int pw, ph, pmax, fontsize;
2451
2452         /* count the pencil marks required */
2453         for (i = npencil = 0; i < cr; i++)
2454             if (state->pencil[(y*cr+x)*cr+i])
2455                 npencil++;
2456
2457         /*
2458          * It's not sensible to arrange pencil marks in the same
2459          * layout as the squares within a block, because this leads
2460          * to the font being too small. Instead, we arrange pencil
2461          * marks in the nearest thing we can to a square layout,
2462          * and we adjust the square layout depending on the number
2463          * of pencil marks in the square.
2464          */
2465         for (pw = 1; pw * pw < npencil; pw++);
2466         if (pw < 3) pw = 3;            /* otherwise it just looks _silly_ */
2467         ph = (npencil + pw - 1) / pw;
2468         if (ph < 2) ph = 2;            /* likewise */
2469         pmax = max(pw, ph);
2470         fontsize = TILE_SIZE/(pmax*(11-pmax)/8);
2471
2472         for (i = j = 0; i < cr; i++)
2473             if (state->pencil[(y*cr+x)*cr+i]) {
2474                 int dx = j % pw, dy = j / pw;
2475
2476                 str[1] = '\0';
2477                 str[0] = i + '1';
2478                 if (str[0] > '9')
2479                     str[0] += 'a' - ('9'+1);
2480                 draw_text(fe, tx + (4*dx+3) * TILE_SIZE / (4*pw+2),
2481                           ty + (4*dy+3) * TILE_SIZE / (4*ph+2),
2482                           FONT_VARIABLE, fontsize,
2483                           ALIGN_VCENTRE | ALIGN_HCENTRE, COL_PENCIL, str);
2484                 j++;
2485             }
2486     }
2487
2488     unclip(fe);
2489
2490     draw_update(fe, cx, cy, cw, ch);
2491
2492     ds->grid[y*cr+x] = state->grid[y*cr+x];
2493     memcpy(ds->pencil+(y*cr+x)*cr, state->pencil+(y*cr+x)*cr, cr);
2494     ds->hl[y*cr+x] = hl;
2495 }
2496
2497 static void game_redraw(frontend *fe, game_drawstate *ds, game_state *oldstate,
2498                         game_state *state, int dir, game_ui *ui,
2499                         float animtime, float flashtime)
2500 {
2501     int c = state->c, r = state->r, cr = c*r;
2502     int x, y;
2503
2504     if (!ds->started) {
2505         /*
2506          * The initial contents of the window are not guaranteed
2507          * and can vary with front ends. To be on the safe side,
2508          * all games should start by drawing a big
2509          * background-colour rectangle covering the whole window.
2510          */
2511         draw_rect(fe, 0, 0, SIZE(cr), SIZE(cr), COL_BACKGROUND);
2512
2513         /*
2514          * Draw the grid.
2515          */
2516         for (x = 0; x <= cr; x++) {
2517             int thick = (x % r ? 0 : 1);
2518             draw_rect(fe, BORDER + x*TILE_SIZE - thick, BORDER-1,
2519                       1+2*thick, cr*TILE_SIZE+3, COL_GRID);
2520         }
2521         for (y = 0; y <= cr; y++) {
2522             int thick = (y % c ? 0 : 1);
2523             draw_rect(fe, BORDER-1, BORDER + y*TILE_SIZE - thick,
2524                       cr*TILE_SIZE+3, 1+2*thick, COL_GRID);
2525         }
2526     }
2527
2528     /*
2529      * This array is used to keep track of rows, columns and boxes
2530      * which contain a number more than once.
2531      */
2532     for (x = 0; x < cr * cr; x++)
2533         ds->entered_items[x] = 0;
2534     for (x = 0; x < cr; x++)
2535         for (y = 0; y < cr; y++) {
2536             digit d = state->grid[y*cr+x];
2537             if (d) {
2538                 int box = (x/r)+(y/c)*c;
2539                 ds->entered_items[x*cr+d-1] |= ((ds->entered_items[x*cr+d-1] & 1) << 1) | 1;
2540                 ds->entered_items[y*cr+d-1] |= ((ds->entered_items[y*cr+d-1] & 4) << 1) | 4;
2541                 ds->entered_items[box*cr+d-1] |= ((ds->entered_items[box*cr+d-1] & 16) << 1) | 16;
2542             }
2543         }
2544
2545     /*
2546      * Draw any numbers which need redrawing.
2547      */
2548     for (x = 0; x < cr; x++) {
2549         for (y = 0; y < cr; y++) {
2550             int highlight = 0;
2551             digit d = state->grid[y*cr+x];
2552
2553             if (flashtime > 0 &&
2554                 (flashtime <= FLASH_TIME/3 ||
2555                  flashtime >= FLASH_TIME*2/3))
2556                 highlight = 1;
2557
2558             /* Highlight active input areas. */
2559             if (x == ui->hx && y == ui->hy)
2560                 highlight = ui->hpencil ? 2 : 1;
2561
2562             /* Mark obvious errors (ie, numbers which occur more than once
2563              * in a single row, column, or box). */
2564             if (d && ((ds->entered_items[x*cr+d-1] & 2) ||
2565                       (ds->entered_items[y*cr+d-1] & 8) ||
2566                       (ds->entered_items[((x/r)+(y/c)*c)*cr+d-1] & 32)))
2567                 highlight |= 16;
2568
2569             draw_number(fe, ds, state, x, y, highlight);
2570         }
2571     }
2572
2573     /*
2574      * Update the _entire_ grid if necessary.
2575      */
2576     if (!ds->started) {
2577         draw_update(fe, 0, 0, SIZE(cr), SIZE(cr));
2578         ds->started = TRUE;
2579     }
2580 }
2581
2582 static float game_anim_length(game_state *oldstate, game_state *newstate,
2583                               int dir, game_ui *ui)
2584 {
2585     return 0.0F;
2586 }
2587
2588 static float game_flash_length(game_state *oldstate, game_state *newstate,
2589                                int dir, game_ui *ui)
2590 {
2591     if (!oldstate->completed && newstate->completed &&
2592         !oldstate->cheated && !newstate->cheated)
2593         return FLASH_TIME;
2594     return 0.0F;
2595 }
2596
2597 static int game_wants_statusbar(void)
2598 {
2599     return FALSE;
2600 }
2601
2602 static int game_timing_state(game_state *state, game_ui *ui)
2603 {
2604     return TRUE;
2605 }
2606
2607 #ifdef COMBINED
2608 #define thegame solo
2609 #endif
2610
2611 const struct game thegame = {
2612     "Solo", "games.solo",
2613     default_params,
2614     game_fetch_preset,
2615     decode_params,
2616     encode_params,
2617     free_params,
2618     dup_params,
2619     TRUE, game_configure, custom_params,
2620     validate_params,
2621     new_game_desc,
2622     validate_desc,
2623     new_game,
2624     dup_game,
2625     free_game,
2626     TRUE, solve_game,
2627     TRUE, game_text_format,
2628     new_ui,
2629     free_ui,
2630     encode_ui,
2631     decode_ui,
2632     game_changed_state,
2633     interpret_move,
2634     execute_move,
2635     PREFERRED_TILE_SIZE, game_compute_size, game_set_size,
2636     game_colours,
2637     game_new_drawstate,
2638     game_free_drawstate,
2639     game_redraw,
2640     game_anim_length,
2641     game_flash_length,
2642     game_wants_statusbar,
2643     FALSE, game_timing_state,
2644     0,                                 /* mouse_priorities */
2645 };
2646
2647 #ifdef STANDALONE_SOLVER
2648
2649 /*
2650  * gcc -DSTANDALONE_SOLVER -o solosolver solo.c malloc.c
2651  */
2652
2653 void frontend_default_colour(frontend *fe, float *output) {}
2654 void draw_text(frontend *fe, int x, int y, int fonttype, int fontsize,
2655                int align, int colour, char *text) {}
2656 void draw_rect(frontend *fe, int x, int y, int w, int h, int colour) {}
2657 void draw_line(frontend *fe, int x1, int y1, int x2, int y2, int colour) {}
2658 void draw_polygon(frontend *fe, int *coords, int npoints,
2659                   int fillcolour, int outlinecolour) {}
2660 void clip(frontend *fe, int x, int y, int w, int h) {}
2661 void unclip(frontend *fe) {}
2662 void start_draw(frontend *fe) {}
2663 void draw_update(frontend *fe, int x, int y, int w, int h) {}
2664 void end_draw(frontend *fe) {}
2665 unsigned long random_bits(random_state *state, int bits)
2666 { assert(!"Shouldn't get randomness"); return 0; }
2667 unsigned long random_upto(random_state *state, unsigned long limit)
2668 { assert(!"Shouldn't get randomness"); return 0; }
2669
2670 void fatal(char *fmt, ...)
2671 {
2672     va_list ap;
2673
2674     fprintf(stderr, "fatal error: ");
2675
2676     va_start(ap, fmt);
2677     vfprintf(stderr, fmt, ap);
2678     va_end(ap);
2679
2680     fprintf(stderr, "\n");
2681     exit(1);
2682 }
2683
2684 int main(int argc, char **argv)
2685 {
2686     game_params *p;
2687     game_state *s;
2688     char *id = NULL, *desc, *err;
2689     int grade = FALSE;
2690     int ret;
2691
2692     while (--argc > 0) {
2693         char *p = *++argv;
2694         if (!strcmp(p, "-v")) {
2695             solver_show_working = TRUE;
2696         } else if (!strcmp(p, "-g")) {
2697             grade = TRUE;
2698         } else if (*p == '-') {
2699             fprintf(stderr, "%s: unrecognised option `%s'\n", argv[0], p);
2700             return 1;
2701         } else {
2702             id = p;
2703         }
2704     }
2705
2706     if (!id) {
2707         fprintf(stderr, "usage: %s [-g | -v] <game_id>\n", argv[0]);
2708         return 1;
2709     }
2710
2711     desc = strchr(id, ':');
2712     if (!desc) {
2713         fprintf(stderr, "%s: game id expects a colon in it\n", argv[0]);
2714         return 1;
2715     }
2716     *desc++ = '\0';
2717
2718     p = default_params();
2719     decode_params(p, id);
2720     err = validate_desc(p, desc);
2721     if (err) {
2722         fprintf(stderr, "%s: %s\n", argv[0], err);
2723         return 1;
2724     }
2725     s = new_game(NULL, p, desc);
2726
2727     ret = solver(p->c, p->r, s->grid, NULL, DIFF_RECURSIVE);
2728     if (grade) {
2729         printf("Difficulty rating: %s\n",
2730                ret==DIFF_BLOCK ? "Trivial (blockwise positional elimination only)":
2731                ret==DIFF_SIMPLE ? "Basic (row/column/number elimination required)":
2732                ret==DIFF_INTERSECT ? "Intermediate (intersectional analysis required)":
2733                ret==DIFF_SET ? "Advanced (set elimination required)":
2734                ret==DIFF_RECURSIVE ? "Unreasonable (guesswork and backtracking required)":
2735                ret==DIFF_AMBIGUOUS ? "Ambiguous (multiple solutions exist)":
2736                ret==DIFF_IMPOSSIBLE ? "Impossible (no solution exists)":
2737                "INTERNAL ERROR: unrecognised difficulty code");
2738     } else {
2739         printf("%s\n", grid_text_format(p->c, p->r, s->grid));
2740     }
2741
2742     return 0;
2743 }
2744
2745 #endif