chiark / gitweb /
Cleanup: the `mouse_priorities' field in the back end has been a
[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, DIFF_SET, DIFF_EXTREME,
120        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 Extreme", { 3, 3, SYMM_ROT2, DIFF_EXTREME } },
181         { "3x3 Unreasonable", { 3, 3, SYMM_ROT2, DIFF_RECURSIVE } },
182 #ifndef SLOW_SYSTEM
183         { "3x4 Basic", { 3, 4, SYMM_ROT2, DIFF_SIMPLE } },
184         { "4x4 Basic", { 4, 4, SYMM_ROT2, DIFF_SIMPLE } },
185 #endif
186     };
187
188     if (i < 0 || i >= lenof(presets))
189         return FALSE;
190
191     *name = dupstr(presets[i].title);
192     *params = dup_params(&presets[i].params);
193
194     return TRUE;
195 }
196
197 static void decode_params(game_params *ret, char const *string)
198 {
199     ret->c = ret->r = atoi(string);
200     while (*string && isdigit((unsigned char)*string)) string++;
201     if (*string == 'x') {
202         string++;
203         ret->r = atoi(string);
204         while (*string && isdigit((unsigned char)*string)) string++;
205     }
206     while (*string) {
207         if (*string == 'r' || *string == 'm' || *string == 'a') {
208             int sn, sc, sd;
209             sc = *string++;
210             if (*string == 'd') {
211                 sd = TRUE;
212                 string++;
213             } else {
214                 sd = FALSE;
215             }
216             sn = atoi(string);
217             while (*string && isdigit((unsigned char)*string)) string++;
218             if (sc == 'm' && sn == 8)
219                 ret->symm = SYMM_REF8;
220             if (sc == 'm' && sn == 4)
221                 ret->symm = sd ? SYMM_REF4D : SYMM_REF4;
222             if (sc == 'm' && sn == 2)
223                 ret->symm = sd ? SYMM_REF2D : SYMM_REF2;
224             if (sc == 'r' && sn == 4)
225                 ret->symm = SYMM_ROT4;
226             if (sc == 'r' && sn == 2)
227                 ret->symm = SYMM_ROT2;
228             if (sc == 'a')
229                 ret->symm = SYMM_NONE;
230         } else if (*string == 'd') {
231             string++;
232             if (*string == 't')        /* trivial */
233                 string++, ret->diff = DIFF_BLOCK;
234             else if (*string == 'b')   /* basic */
235                 string++, ret->diff = DIFF_SIMPLE;
236             else if (*string == 'i')   /* intermediate */
237                 string++, ret->diff = DIFF_INTERSECT;
238             else if (*string == 'a')   /* advanced */
239                 string++, ret->diff = DIFF_SET;
240             else if (*string == 'e')   /* extreme */
241                 string++, ret->diff = DIFF_EXTREME;
242             else if (*string == 'u')   /* unreasonable */
243                 string++, ret->diff = DIFF_RECURSIVE;
244         } else
245             string++;                  /* eat unknown character */
246     }
247 }
248
249 static char *encode_params(game_params *params, int full)
250 {
251     char str[80];
252
253     sprintf(str, "%dx%d", params->c, params->r);
254     if (full) {
255         switch (params->symm) {
256           case SYMM_REF8: strcat(str, "m8"); break;
257           case SYMM_REF4: strcat(str, "m4"); break;
258           case SYMM_REF4D: strcat(str, "md4"); break;
259           case SYMM_REF2: strcat(str, "m2"); break;
260           case SYMM_REF2D: strcat(str, "md2"); break;
261           case SYMM_ROT4: strcat(str, "r4"); break;
262           /* case SYMM_ROT2: strcat(str, "r2"); break; [default] */
263           case SYMM_NONE: strcat(str, "a"); break;
264         }
265         switch (params->diff) {
266           /* case DIFF_BLOCK: strcat(str, "dt"); break; [default] */
267           case DIFF_SIMPLE: strcat(str, "db"); break;
268           case DIFF_INTERSECT: strcat(str, "di"); break;
269           case DIFF_SET: strcat(str, "da"); break;
270           case DIFF_EXTREME: strcat(str, "de"); break;
271           case DIFF_RECURSIVE: strcat(str, "du"); break;
272         }
273     }
274     return dupstr(str);
275 }
276
277 static config_item *game_configure(game_params *params)
278 {
279     config_item *ret;
280     char buf[80];
281
282     ret = snewn(5, config_item);
283
284     ret[0].name = "Columns of sub-blocks";
285     ret[0].type = C_STRING;
286     sprintf(buf, "%d", params->c);
287     ret[0].sval = dupstr(buf);
288     ret[0].ival = 0;
289
290     ret[1].name = "Rows of sub-blocks";
291     ret[1].type = C_STRING;
292     sprintf(buf, "%d", params->r);
293     ret[1].sval = dupstr(buf);
294     ret[1].ival = 0;
295
296     ret[2].name = "Symmetry";
297     ret[2].type = C_CHOICES;
298     ret[2].sval = ":None:2-way rotation:4-way rotation:2-way mirror:"
299         "2-way diagonal mirror:4-way mirror:4-way diagonal mirror:"
300         "8-way mirror";
301     ret[2].ival = params->symm;
302
303     ret[3].name = "Difficulty";
304     ret[3].type = C_CHOICES;
305     ret[3].sval = ":Trivial:Basic:Intermediate:Advanced:Extreme:Unreasonable";
306     ret[3].ival = params->diff;
307
308     ret[4].name = NULL;
309     ret[4].type = C_END;
310     ret[4].sval = NULL;
311     ret[4].ival = 0;
312
313     return ret;
314 }
315
316 static game_params *custom_params(config_item *cfg)
317 {
318     game_params *ret = snew(game_params);
319
320     ret->c = atoi(cfg[0].sval);
321     ret->r = atoi(cfg[1].sval);
322     ret->symm = cfg[2].ival;
323     ret->diff = cfg[3].ival;
324
325     return ret;
326 }
327
328 static char *validate_params(game_params *params, int full)
329 {
330     if (params->c < 2 || params->r < 2)
331         return "Both dimensions must be at least 2";
332     if (params->c > ORDER_MAX || params->r > ORDER_MAX)
333         return "Dimensions greater than "STR(ORDER_MAX)" are not supported";
334     if ((params->c * params->r) > 36)
335         return "Unable to support more than 36 distinct symbols in a puzzle";
336     return NULL;
337 }
338
339 /* ----------------------------------------------------------------------
340  * Solver.
341  * 
342  * This solver is used for two purposes:
343  *  + to check solubility of a grid as we gradually remove numbers
344  *    from it
345  *  + to solve an externally generated puzzle when the user selects
346  *    `Solve'.
347  * 
348  * It supports a variety of specific modes of reasoning. By
349  * enabling or disabling subsets of these modes we can arrange a
350  * range of difficulty levels.
351  */
352
353 /*
354  * Modes of reasoning currently supported:
355  *
356  *  - Positional elimination: a number must go in a particular
357  *    square because all the other empty squares in a given
358  *    row/col/blk are ruled out.
359  *
360  *  - Numeric elimination: a square must have a particular number
361  *    in because all the other numbers that could go in it are
362  *    ruled out.
363  *
364  *  - Intersectional analysis: given two domains which overlap
365  *    (hence one must be a block, and the other can be a row or
366  *    col), if the possible locations for a particular number in
367  *    one of the domains can be narrowed down to the overlap, then
368  *    that number can be ruled out everywhere but the overlap in
369  *    the other domain too.
370  *
371  *  - Set elimination: if there is a subset of the empty squares
372  *    within a domain such that the union of the possible numbers
373  *    in that subset has the same size as the subset itself, then
374  *    those numbers can be ruled out everywhere else in the domain.
375  *    (For example, if there are five empty squares and the
376  *    possible numbers in each are 12, 23, 13, 134 and 1345, then
377  *    the first three empty squares form such a subset: the numbers
378  *    1, 2 and 3 _must_ be in those three squares in some
379  *    permutation, and hence we can deduce none of them can be in
380  *    the fourth or fifth squares.)
381  *     + You can also see this the other way round, concentrating
382  *       on numbers rather than squares: if there is a subset of
383  *       the unplaced numbers within a domain such that the union
384  *       of all their possible positions has the same size as the
385  *       subset itself, then all other numbers can be ruled out for
386  *       those positions. However, it turns out that this is
387  *       exactly equivalent to the first formulation at all times:
388  *       there is a 1-1 correspondence between suitable subsets of
389  *       the unplaced numbers and suitable subsets of the unfilled
390  *       places, found by taking the _complement_ of the union of
391  *       the numbers' possible positions (or the spaces' possible
392  *       contents).
393  * 
394  *  - Mutual neighbour elimination: find two squares A,B and a
395  *    number N in the possible set of A, such that putting N in A
396  *    would rule out enough possibilities from the mutual
397  *    neighbours of A and B that there would be no possibilities
398  *    left for B. Thereby rule out N in A.
399  *     + The simplest case of this is if B has two possibilities
400  *       (wlog {1,2}), and there are two mutual neighbours of A and
401  *       B which have possibilities {1,3} and {2,3}. Thus, if A
402  *       were to be 3, then those neighbours would contain 1 and 2,
403  *       and hence there would be nothing left which could go in B.
404  *     + There can be more complex cases of it too: if A and B are
405  *       in the same column of large blocks, then they can have
406  *       more than two mutual neighbours, some of which can also be
407  *       neighbours of one another. Suppose, for example, that B
408  *       has possibilities {1,2,3}; there's one square P in the
409  *       same column as B and the same block as A, with
410  *       possibilities {1,4}; and there are _two_ squares Q,R in
411  *       the same column as A and the same block as B with
412  *       possibilities {2,3,4}. Then if A contained 4, P would
413  *       contain 1, and Q and R would have to contain 2 and 3 in
414  *       _some_ order; therefore, once again, B would have no
415  *       remaining possibilities.
416  * 
417  *  - Recursion. If all else fails, we pick one of the currently
418  *    most constrained empty squares and take a random guess at its
419  *    contents, then continue solving on that basis and see if we
420  *    get any further.
421  */
422
423 /*
424  * Within this solver, I'm going to transform all y-coordinates by
425  * inverting the significance of the block number and the position
426  * within the block. That is, we will start with the top row of
427  * each block in order, then the second row of each block in order,
428  * etc.
429  * 
430  * This transformation has the enormous advantage that it means
431  * every row, column _and_ block is described by an arithmetic
432  * progression of coordinates within the cubic array, so that I can
433  * use the same very simple function to do blockwise, row-wise and
434  * column-wise elimination.
435  */
436 #define YTRANS(y) (((y)%c)*r+(y)/c)
437 #define YUNTRANS(y) (((y)%r)*c+(y)/r)
438
439 struct solver_usage {
440     int c, r, cr;
441     /*
442      * We set up a cubic array, indexed by x, y and digit; each
443      * element of this array is TRUE or FALSE according to whether
444      * or not that digit _could_ in principle go in that position.
445      *
446      * The way to index this array is cube[(x*cr+y)*cr+n-1].
447      * y-coordinates in here are transformed.
448      */
449     unsigned char *cube;
450     /*
451      * This is the grid in which we write down our final
452      * deductions. y-coordinates in here are _not_ transformed.
453      */
454     digit *grid;
455     /*
456      * Now we keep track, at a slightly higher level, of what we
457      * have yet to work out, to prevent doing the same deduction
458      * many times.
459      */
460     /* row[y*cr+n-1] TRUE if digit n has been placed in row y */
461     unsigned char *row;
462     /* col[x*cr+n-1] TRUE if digit n has been placed in row x */
463     unsigned char *col;
464     /* blk[(y*c+x)*cr+n-1] TRUE if digit n has been placed in block (x,y) */
465     unsigned char *blk;
466 };
467 #define cubepos(x,y,n) (((x)*usage->cr+(y))*usage->cr+(n)-1)
468 #define cube(x,y,n) (usage->cube[cubepos(x,y,n)])
469
470 /*
471  * Function called when we are certain that a particular square has
472  * a particular number in it. The y-coordinate passed in here is
473  * transformed.
474  */
475 static void solver_place(struct solver_usage *usage, int x, int y, int n)
476 {
477     int c = usage->c, r = usage->r, cr = usage->cr;
478     int i, j, bx, by;
479
480     assert(cube(x,y,n));
481
482     /*
483      * Rule out all other numbers in this square.
484      */
485     for (i = 1; i <= cr; i++)
486         if (i != n)
487             cube(x,y,i) = FALSE;
488
489     /*
490      * Rule out this number in all other positions in the row.
491      */
492     for (i = 0; i < cr; i++)
493         if (i != y)
494             cube(x,i,n) = FALSE;
495
496     /*
497      * Rule out this number in all other positions in the column.
498      */
499     for (i = 0; i < cr; i++)
500         if (i != x)
501             cube(i,y,n) = FALSE;
502
503     /*
504      * Rule out this number in all other positions in the block.
505      */
506     bx = (x/r)*r;
507     by = y % r;
508     for (i = 0; i < r; i++)
509         for (j = 0; j < c; j++)
510             if (bx+i != x || by+j*r != y)
511                 cube(bx+i,by+j*r,n) = FALSE;
512
513     /*
514      * Enter the number in the result grid.
515      */
516     usage->grid[YUNTRANS(y)*cr+x] = n;
517
518     /*
519      * Cross out this number from the list of numbers left to place
520      * in its row, its column and its block.
521      */
522     usage->row[y*cr+n-1] = usage->col[x*cr+n-1] =
523         usage->blk[((y%r)*c+(x/r))*cr+n-1] = TRUE;
524 }
525
526 static int solver_elim(struct solver_usage *usage, int start, int step
527 #ifdef STANDALONE_SOLVER
528                        , char *fmt, ...
529 #endif
530                        )
531 {
532     int c = usage->c, r = usage->r, cr = c*r;
533     int fpos, m, i;
534
535     /*
536      * Count the number of set bits within this section of the
537      * cube.
538      */
539     m = 0;
540     fpos = -1;
541     for (i = 0; i < cr; i++)
542         if (usage->cube[start+i*step]) {
543             fpos = start+i*step;
544             m++;
545         }
546
547     if (m == 1) {
548         int x, y, n;
549         assert(fpos >= 0);
550
551         n = 1 + fpos % cr;
552         y = fpos / cr;
553         x = y / cr;
554         y %= cr;
555
556         if (!usage->grid[YUNTRANS(y)*cr+x]) {
557 #ifdef STANDALONE_SOLVER
558             if (solver_show_working) {
559                 va_list ap;
560                 printf("%*s", solver_recurse_depth*4, "");
561                 va_start(ap, fmt);
562                 vprintf(fmt, ap);
563                 va_end(ap);
564                 printf(":\n%*s  placing %d at (%d,%d)\n",
565                        solver_recurse_depth*4, "", n, 1+x, 1+YUNTRANS(y));
566             }
567 #endif
568             solver_place(usage, x, y, n);
569             return +1;
570         }
571     } else if (m == 0) {
572 #ifdef STANDALONE_SOLVER
573         if (solver_show_working) {
574             va_list ap;
575             printf("%*s", solver_recurse_depth*4, "");
576             va_start(ap, fmt);
577             vprintf(fmt, ap);
578             va_end(ap);
579             printf(":\n%*s  no possibilities available\n",
580                    solver_recurse_depth*4, "");
581         }
582 #endif
583         return -1;
584     }
585
586     return 0;
587 }
588
589 static int solver_intersect(struct solver_usage *usage,
590                             int start1, int step1, int start2, int step2
591 #ifdef STANDALONE_SOLVER
592                             , char *fmt, ...
593 #endif
594                             )
595 {
596     int c = usage->c, r = usage->r, cr = c*r;
597     int ret, i;
598
599     /*
600      * Loop over the first domain and see if there's any set bit
601      * not also in the second.
602      */
603     for (i = 0; i < cr; i++) {
604         int p = start1+i*step1;
605         if (usage->cube[p] &&
606             !(p >= start2 && p < start2+cr*step2 &&
607               (p - start2) % step2 == 0))
608             return 0;                  /* there is, so we can't deduce */
609     }
610
611     /*
612      * We have determined that all set bits in the first domain are
613      * within its overlap with the second. So loop over the second
614      * domain and remove all set bits that aren't also in that
615      * overlap; return +1 iff we actually _did_ anything.
616      */
617     ret = 0;
618     for (i = 0; i < cr; i++) {
619         int p = start2+i*step2;
620         if (usage->cube[p] &&
621             !(p >= start1 && p < start1+cr*step1 && (p - start1) % step1 == 0))
622         {
623 #ifdef STANDALONE_SOLVER
624             if (solver_show_working) {
625                 int px, py, pn;
626
627                 if (!ret) {
628                     va_list ap;
629                     printf("%*s", solver_recurse_depth*4, "");
630                     va_start(ap, fmt);
631                     vprintf(fmt, ap);
632                     va_end(ap);
633                     printf(":\n");
634                 }
635
636                 pn = 1 + p % cr;
637                 py = p / cr;
638                 px = py / cr;
639                 py %= cr;
640
641                 printf("%*s  ruling out %d at (%d,%d)\n",
642                        solver_recurse_depth*4, "", pn, 1+px, 1+YUNTRANS(py));
643             }
644 #endif
645             ret = +1;                  /* we did something */
646             usage->cube[p] = 0;
647         }
648     }
649
650     return ret;
651 }
652
653 struct solver_scratch {
654     unsigned char *grid, *rowidx, *colidx, *set;
655     int *neighbours, *bfsqueue;
656 #ifdef STANDALONE_SOLVER
657     int *bfsprev;
658 #endif
659 };
660
661 static int solver_set(struct solver_usage *usage,
662                       struct solver_scratch *scratch,
663                       int start, int step1, int step2
664 #ifdef STANDALONE_SOLVER
665                       , char *fmt, ...
666 #endif
667                       )
668 {
669     int c = usage->c, r = usage->r, cr = c*r;
670     int i, j, n, count;
671     unsigned char *grid = scratch->grid;
672     unsigned char *rowidx = scratch->rowidx;
673     unsigned char *colidx = scratch->colidx;
674     unsigned char *set = scratch->set;
675
676     /*
677      * We are passed a cr-by-cr matrix of booleans. Our first job
678      * is to winnow it by finding any definite placements - i.e.
679      * any row with a solitary 1 - and discarding that row and the
680      * column containing the 1.
681      */
682     memset(rowidx, TRUE, cr);
683     memset(colidx, TRUE, cr);
684     for (i = 0; i < cr; i++) {
685         int count = 0, first = -1;
686         for (j = 0; j < cr; j++)
687             if (usage->cube[start+i*step1+j*step2])
688                 first = j, count++;
689
690         /*
691          * If count == 0, then there's a row with no 1s at all and
692          * the puzzle is internally inconsistent. However, we ought
693          * to have caught this already during the simpler reasoning
694          * methods, so we can safely fail an assertion if we reach
695          * this point here.
696          */
697         assert(count > 0);
698         if (count == 1)
699             rowidx[i] = colidx[first] = FALSE;
700     }
701
702     /*
703      * Convert each of rowidx/colidx from a list of 0s and 1s to a
704      * list of the indices of the 1s.
705      */
706     for (i = j = 0; i < cr; i++)
707         if (rowidx[i])
708             rowidx[j++] = i;
709     n = j;
710     for (i = j = 0; i < cr; i++)
711         if (colidx[i])
712             colidx[j++] = i;
713     assert(n == j);
714
715     /*
716      * And create the smaller matrix.
717      */
718     for (i = 0; i < n; i++)
719         for (j = 0; j < n; j++)
720             grid[i*cr+j] = usage->cube[start+rowidx[i]*step1+colidx[j]*step2];
721
722     /*
723      * Having done that, we now have a matrix in which every row
724      * has at least two 1s in. Now we search to see if we can find
725      * a rectangle of zeroes (in the set-theoretic sense of
726      * `rectangle', i.e. a subset of rows crossed with a subset of
727      * columns) whose width and height add up to n.
728      */
729
730     memset(set, 0, n);
731     count = 0;
732     while (1) {
733         /*
734          * We have a candidate set. If its size is <=1 or >=n-1
735          * then we move on immediately.
736          */
737         if (count > 1 && count < n-1) {
738             /*
739              * The number of rows we need is n-count. See if we can
740              * find that many rows which each have a zero in all
741              * the positions listed in `set'.
742              */
743             int rows = 0;
744             for (i = 0; i < n; i++) {
745                 int ok = TRUE;
746                 for (j = 0; j < n; j++)
747                     if (set[j] && grid[i*cr+j]) {
748                         ok = FALSE;
749                         break;
750                     }
751                 if (ok)
752                     rows++;
753             }
754
755             /*
756              * We expect never to be able to get _more_ than
757              * n-count suitable rows: this would imply that (for
758              * example) there are four numbers which between them
759              * have at most three possible positions, and hence it
760              * indicates a faulty deduction before this point or
761              * even a bogus clue.
762              */
763             if (rows > n - count) {
764 #ifdef STANDALONE_SOLVER
765                 if (solver_show_working) {
766                     va_list ap;
767                     printf("%*s", solver_recurse_depth*4,
768                            "");
769                     va_start(ap, fmt);
770                     vprintf(fmt, ap);
771                     va_end(ap);
772                     printf(":\n%*s  contradiction reached\n",
773                            solver_recurse_depth*4, "");
774                 }
775 #endif
776                 return -1;
777             }
778
779             if (rows >= n - count) {
780                 int progress = FALSE;
781
782                 /*
783                  * We've got one! Now, for each row which _doesn't_
784                  * satisfy the criterion, eliminate all its set
785                  * bits in the positions _not_ listed in `set'.
786                  * Return +1 (meaning progress has been made) if we
787                  * successfully eliminated anything at all.
788                  * 
789                  * This involves referring back through
790                  * rowidx/colidx in order to work out which actual
791                  * positions in the cube to meddle with.
792                  */
793                 for (i = 0; i < n; i++) {
794                     int ok = TRUE;
795                     for (j = 0; j < n; j++)
796                         if (set[j] && grid[i*cr+j]) {
797                             ok = FALSE;
798                             break;
799                         }
800                     if (!ok) {
801                         for (j = 0; j < n; j++)
802                             if (!set[j] && grid[i*cr+j]) {
803                                 int fpos = (start+rowidx[i]*step1+
804                                             colidx[j]*step2);
805 #ifdef STANDALONE_SOLVER
806                                 if (solver_show_working) {
807                                     int px, py, pn;
808
809                                     if (!progress) {
810                                         va_list ap;
811                                         printf("%*s", solver_recurse_depth*4,
812                                                "");
813                                         va_start(ap, fmt);
814                                         vprintf(fmt, ap);
815                                         va_end(ap);
816                                         printf(":\n");
817                                     }
818
819                                     pn = 1 + fpos % cr;
820                                     py = fpos / cr;
821                                     px = py / cr;
822                                     py %= cr;
823
824                                     printf("%*s  ruling out %d at (%d,%d)\n",
825                                            solver_recurse_depth*4, "",
826                                            pn, 1+px, 1+YUNTRANS(py));
827                                 }
828 #endif
829                                 progress = TRUE;
830                                 usage->cube[fpos] = FALSE;
831                             }
832                     }
833                 }
834
835                 if (progress) {
836                     return +1;
837                 }
838             }
839         }
840
841         /*
842          * Binary increment: change the rightmost 0 to a 1, and
843          * change all 1s to the right of it to 0s.
844          */
845         i = n;
846         while (i > 0 && set[i-1])
847             set[--i] = 0, count--;
848         if (i > 0)
849             set[--i] = 1, count++;
850         else
851             break;                     /* done */
852     }
853
854     return 0;
855 }
856
857 /*
858  * Try to find a number in the possible set of (x1,y1) which can be
859  * ruled out because it would leave no possibilities for (x2,y2).
860  */
861 static int solver_mne(struct solver_usage *usage,
862                       struct solver_scratch *scratch,
863                       int x1, int y1, int x2, int y2)
864 {
865     int c = usage->c, r = usage->r, cr = c*r;
866     int *nb[2];
867     unsigned char *set = scratch->set;
868     unsigned char *numbers = scratch->rowidx;
869     unsigned char *numbersleft = scratch->colidx;
870     int nnb, count;
871     int i, j, n, nbi;
872
873     nb[0] = scratch->neighbours;
874     nb[1] = scratch->neighbours + cr;
875
876     /*
877      * First, work out the mutual neighbour squares of the two. We
878      * can assert that they're not actually in the same block,
879      * which leaves two possibilities: they're in different block
880      * rows _and_ different block columns (thus their mutual
881      * neighbours are precisely the other two corners of the
882      * rectangle), or they're in the same row (WLOG) and different
883      * columns, in which case their mutual neighbours are the
884      * column of each block aligned with the other square.
885      * 
886      * We divide the mutual neighbours into two separate subsets
887      * nb[0] and nb[1]; squares in the same subset are not only
888      * adjacent to both our key squares, but are also always
889      * adjacent to one another.
890      */
891     if (x1 / r != x2 / r && y1 % r != y2 % r) {
892         /* Corners of the rectangle. */
893         nnb = 1;
894         nb[0][0] = cubepos(x2, y1, 1);
895         nb[1][0] = cubepos(x1, y2, 1);
896     } else if (x1 / r != x2 / r) {
897         /* Same row of blocks; different blocks within that row. */
898         int x1b = x1 - (x1 % r);
899         int x2b = x2 - (x2 % r);
900
901         nnb = r;
902         for (i = 0; i < r; i++) {
903             nb[0][i] = cubepos(x2b+i, y1, 1);
904             nb[1][i] = cubepos(x1b+i, y2, 1);
905         }
906     } else {
907         /* Same column of blocks; different blocks within that column. */
908         int y1b = y1 % r;
909         int y2b = y2 % r;
910
911         assert(y1 % r != y2 % r);
912
913         nnb = c;
914         for (i = 0; i < c; i++) {
915             nb[0][i] = cubepos(x2, y1b+i*r, 1);
916             nb[1][i] = cubepos(x1, y2b+i*r, 1);
917         }
918     }
919
920     /*
921      * Right. Now loop over each possible number.
922      */
923     for (n = 1; n <= cr; n++) {
924         if (!cube(x1, y1, n))
925             continue;
926         for (j = 0; j < cr; j++)
927             numbersleft[j] = cube(x2, y2, j+1);
928
929         /*
930          * Go over every possible subset of each neighbour list,
931          * and see if its union of possible numbers minus n has the
932          * same size as the subset. If so, add the numbers in that
933          * subset to the set of things which would be ruled out
934          * from (x2,y2) if n were placed at (x1,y1).
935          */
936         memset(set, 0, nnb);
937         count = 0;
938         while (1) {
939             /*
940              * Binary increment: change the rightmost 0 to a 1, and
941              * change all 1s to the right of it to 0s.
942              */
943             i = nnb;
944             while (i > 0 && set[i-1])
945                 set[--i] = 0, count--;
946             if (i > 0)
947                 set[--i] = 1, count++;
948             else
949                 break;                 /* done */
950
951             /*
952              * Examine this subset of each neighbour set.
953              */
954             for (nbi = 0; nbi < 2; nbi++) {
955                 int *nbs = nb[nbi];
956                 
957                 memset(numbers, 0, cr);
958
959                 for (i = 0; i < nnb; i++)
960                     if (set[i])
961                         for (j = 0; j < cr; j++)
962                             if (j != n-1 && usage->cube[nbs[i] + j])
963                                 numbers[j] = 1;
964
965                 for (i = j = 0; j < cr; j++)
966                     i += numbers[j];
967
968                 if (i == count) {
969                     /*
970                      * Got one. This subset of nbs, in the absence
971                      * of n, would definitely contain all the
972                      * numbers listed in `numbers'. Rule them out
973                      * of `numbersleft'.
974                      */
975                     for (j = 0; j < cr; j++)
976                         if (numbers[j])
977                             numbersleft[j] = 0;
978                 }
979             }
980         }
981
982         /*
983          * If we've got nothing left in `numbersleft', we have a
984          * successful mutual neighbour elimination.
985          */
986         for (j = 0; j < cr; j++)
987             if (numbersleft[j])
988                 break;
989
990         if (j == cr) {
991 #ifdef STANDALONE_SOLVER
992             if (solver_show_working) {
993                 printf("%*smutual neighbour elimination, (%d,%d) vs (%d,%d):\n",
994                        solver_recurse_depth*4, "",
995                        1+x1, 1+YUNTRANS(y1), 1+x2, 1+YUNTRANS(y2));
996                 printf("%*s  ruling out %d at (%d,%d)\n",
997                        solver_recurse_depth*4, "",
998                        n, 1+x1, 1+YUNTRANS(y1));
999             }
1000 #endif
1001             cube(x1, y1, n) = FALSE;
1002             return +1;
1003         }
1004     }
1005
1006     return 0;                          /* nothing found */
1007 }
1008
1009 /*
1010  * Look for forcing chains. A forcing chain is a path of
1011  * pairwise-exclusive squares (i.e. each pair of adjacent squares
1012  * in the path are in the same row, column or block) with the
1013  * following properties:
1014  *
1015  *  (a) Each square on the path has precisely two possible numbers.
1016  *
1017  *  (b) Each pair of squares which are adjacent on the path share
1018  *      at least one possible number in common.
1019  *
1020  *  (c) Each square in the middle of the path shares _both_ of its
1021  *      numbers with at least one of its neighbours (not the same
1022  *      one with both neighbours).
1023  *
1024  * These together imply that at least one of the possible number
1025  * choices at one end of the path forces _all_ the rest of the
1026  * numbers along the path. In order to make real use of this, we
1027  * need further properties:
1028  *
1029  *  (c) Ruling out some number N from the square at one end
1030  *      of the path forces the square at the other end to
1031  *      take number N.
1032  *
1033  *  (d) The two end squares are both in line with some third
1034  *      square.
1035  *
1036  *  (e) That third square currently has N as a possibility.
1037  *
1038  * If we can find all of that lot, we can deduce that at least one
1039  * of the two ends of the forcing chain has number N, and that
1040  * therefore the mutually adjacent third square does not.
1041  *
1042  * To find forcing chains, we're going to start a bfs at each
1043  * suitable square, once for each of its two possible numbers.
1044  */
1045 static int solver_forcing(struct solver_usage *usage,
1046                           struct solver_scratch *scratch)
1047 {
1048     int c = usage->c, r = usage->r, cr = c*r;
1049     int *bfsqueue = scratch->bfsqueue;
1050 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1051     int *bfsprev = scratch->bfsprev;
1052 #endif
1053     unsigned char *number = scratch->grid;
1054     int *neighbours = scratch->neighbours;
1055     int x, y;
1056
1057     for (y = 0; y < cr; y++)
1058         for (x = 0; x < cr; x++) {
1059             int count, t, n;
1060
1061             /*
1062              * If this square doesn't have exactly two candidate
1063              * numbers, don't try it.
1064              * 
1065              * In this loop we also sum the candidate numbers,
1066              * which is a nasty hack to allow us to quickly find
1067              * `the other one' (since we will shortly know there
1068              * are exactly two).
1069              */
1070             for (count = t = 0, n = 1; n <= cr; n++)
1071                 if (cube(x, y, n))
1072                     count++, t += n;
1073             if (count != 2)
1074                 continue;
1075
1076             /*
1077              * Now attempt a bfs for each candidate.
1078              */
1079             for (n = 1; n <= cr; n++)
1080                 if (cube(x, y, n)) {
1081                     int orign, currn, head, tail;
1082
1083                     /*
1084                      * Begin a bfs.
1085                      */
1086                     orign = n;
1087
1088                     memset(number, cr+1, cr*cr);
1089                     head = tail = 0;
1090                     bfsqueue[tail++] = y*cr+x;
1091 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1092                     bfsprev[y*cr+x] = -1;
1093 #endif
1094                     number[y*cr+x] = t - n;
1095
1096                     while (head < tail) {
1097                         int xx, yy, nneighbours, xt, yt, xblk, i;
1098
1099                         xx = bfsqueue[head++];
1100                         yy = xx / cr;
1101                         xx %= cr;
1102
1103                         currn = number[yy*cr+xx];
1104
1105                         /*
1106                          * Find neighbours of yy,xx.
1107                          */
1108                         nneighbours = 0;
1109                         for (yt = 0; yt < cr; yt++)
1110                             neighbours[nneighbours++] = yt*cr+xx;
1111                         for (xt = 0; xt < cr; xt++)
1112                             neighbours[nneighbours++] = yy*cr+xt;
1113                         xblk = xx - (xx % r);
1114                         for (yt = yy % r; yt < cr; yt += r)
1115                             for (xt = xblk; xt < xblk+r; xt++)
1116                                 neighbours[nneighbours++] = yt*cr+xt;
1117
1118                         /*
1119                          * Try visiting each of those neighbours.
1120                          */
1121                         for (i = 0; i < nneighbours; i++) {
1122                             int cc, tt, nn;
1123
1124                             xt = neighbours[i] % cr;
1125                             yt = neighbours[i] / cr;
1126
1127                             /*
1128                              * We need this square to not be
1129                              * already visited, and to include
1130                              * currn as a possible number.
1131                              */
1132                             if (number[yt*cr+xt] <= cr)
1133                                 continue;
1134                             if (!cube(xt, yt, currn))
1135                                 continue;
1136
1137                             /*
1138                              * Don't visit _this_ square a second
1139                              * time!
1140                              */
1141                             if (xt == xx && yt == yy)
1142                                 continue;
1143
1144                             /*
1145                              * To continue with the bfs, we need
1146                              * this square to have exactly two
1147                              * possible numbers.
1148                              */
1149                             for (cc = tt = 0, nn = 1; nn <= cr; nn++)
1150                                 if (cube(xt, yt, nn))
1151                                     cc++, tt += nn;
1152                             if (cc == 2) {
1153                                 bfsqueue[tail++] = yt*cr+xt;
1154 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1155                                 bfsprev[yt*cr+xt] = yy*cr+xx;
1156 #endif
1157                                 number[yt*cr+xt] = tt - currn;
1158                             }
1159
1160                             /*
1161                              * One other possibility is that this
1162                              * might be the square in which we can
1163                              * make a real deduction: if it's
1164                              * adjacent to x,y, and currn is equal
1165                              * to the original number we ruled out.
1166                              */
1167                             if (currn == orign &&
1168                                 (xt == x || yt == y ||
1169                                  (xt / r == x / r && yt % r == y % r))) {
1170 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1171                                 if (solver_show_working) {
1172                                     char *sep = "";
1173                                     int xl, yl;
1174                                     printf("%*sforcing chain, %d at ends of ",
1175                                            solver_recurse_depth*4, "", orign);
1176                                     xl = xx;
1177                                     yl = yy;
1178                                     while (1) {
1179                                         printf("%s(%d,%d)", sep, 1+xl,
1180                                                1+YUNTRANS(yl));
1181                                         xl = bfsprev[yl*cr+xl];
1182                                         if (xl < 0)
1183                                             break;
1184                                         yl = xl / cr;
1185                                         xl %= cr;
1186                                         sep = "-";
1187                                     }
1188                                     printf("\n%*s  ruling out %d at (%d,%d)\n",
1189                                            solver_recurse_depth*4, "",
1190                                            orign, 1+xt, 1+YUNTRANS(yt));
1191                                 }
1192 #endif
1193                                 cube(xt, yt, orign) = FALSE;
1194                                 return 1;
1195                             }
1196                         }
1197                     }
1198                 }
1199         }
1200
1201     return 0;
1202 }
1203
1204 static struct solver_scratch *solver_new_scratch(struct solver_usage *usage)
1205 {
1206     struct solver_scratch *scratch = snew(struct solver_scratch);
1207     int cr = usage->cr;
1208     scratch->grid = snewn(cr*cr, unsigned char);
1209     scratch->rowidx = snewn(cr, unsigned char);
1210     scratch->colidx = snewn(cr, unsigned char);
1211     scratch->set = snewn(cr, unsigned char);
1212     scratch->neighbours = snewn(3*cr, int);
1213     scratch->bfsqueue = snewn(cr*cr, int);
1214 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1215     scratch->bfsprev = snewn(cr*cr, int);
1216 #endif
1217     return scratch;
1218 }
1219
1220 static void solver_free_scratch(struct solver_scratch *scratch)
1221 {
1222 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1223     sfree(scratch->bfsprev);
1224 #endif
1225     sfree(scratch->bfsqueue);
1226     sfree(scratch->neighbours);
1227     sfree(scratch->set);
1228     sfree(scratch->colidx);
1229     sfree(scratch->rowidx);
1230     sfree(scratch->grid);
1231     sfree(scratch);
1232 }
1233
1234 static int solver(int c, int r, digit *grid, int maxdiff)
1235 {
1236     struct solver_usage *usage;
1237     struct solver_scratch *scratch;
1238     int cr = c*r;
1239     int x, y, x2, y2, n, ret;
1240     int diff = DIFF_BLOCK;
1241
1242     /*
1243      * Set up a usage structure as a clean slate (everything
1244      * possible).
1245      */
1246     usage = snew(struct solver_usage);
1247     usage->c = c;
1248     usage->r = r;
1249     usage->cr = cr;
1250     usage->cube = snewn(cr*cr*cr, unsigned char);
1251     usage->grid = grid;                /* write straight back to the input */
1252     memset(usage->cube, TRUE, cr*cr*cr);
1253
1254     usage->row = snewn(cr * cr, unsigned char);
1255     usage->col = snewn(cr * cr, unsigned char);
1256     usage->blk = snewn(cr * cr, unsigned char);
1257     memset(usage->row, FALSE, cr * cr);
1258     memset(usage->col, FALSE, cr * cr);
1259     memset(usage->blk, FALSE, cr * cr);
1260
1261     scratch = solver_new_scratch(usage);
1262
1263     /*
1264      * Place all the clue numbers we are given.
1265      */
1266     for (x = 0; x < cr; x++)
1267         for (y = 0; y < cr; y++)
1268             if (grid[y*cr+x])
1269                 solver_place(usage, x, YTRANS(y), grid[y*cr+x]);
1270
1271     /*
1272      * Now loop over the grid repeatedly trying all permitted modes
1273      * of reasoning. The loop terminates if we complete an
1274      * iteration without making any progress; we then return
1275      * failure or success depending on whether the grid is full or
1276      * not.
1277      */
1278     while (1) {
1279         /*
1280          * I'd like to write `continue;' inside each of the
1281          * following loops, so that the solver returns here after
1282          * making some progress. However, I can't specify that I
1283          * want to continue an outer loop rather than the innermost
1284          * one, so I'm apologetically resorting to a goto.
1285          */
1286         cont:
1287
1288         /*
1289          * Blockwise positional elimination.
1290          */
1291         for (x = 0; x < cr; x += r)
1292             for (y = 0; y < r; y++)
1293                 for (n = 1; n <= cr; n++)
1294                     if (!usage->blk[(y*c+(x/r))*cr+n-1]) {
1295                         ret = solver_elim(usage, cubepos(x,y,n), r*cr
1296 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1297                                           , "positional elimination,"
1298                                           " %d in block (%d,%d)", n, 1+x/r, 1+y
1299 #endif
1300                                           );
1301                         if (ret < 0) {
1302                             diff = DIFF_IMPOSSIBLE;
1303                             goto got_result;
1304                         } else if (ret > 0) {
1305                             diff = max(diff, DIFF_BLOCK);
1306                             goto cont;
1307                         }
1308                     }
1309
1310         if (maxdiff <= DIFF_BLOCK)
1311             break;
1312
1313         /*
1314          * Row-wise positional elimination.
1315          */
1316         for (y = 0; y < cr; y++)
1317             for (n = 1; n <= cr; n++)
1318                 if (!usage->row[y*cr+n-1]) {
1319                     ret = solver_elim(usage, cubepos(0,y,n), cr*cr
1320 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1321                                       , "positional elimination,"
1322                                       " %d in row %d", n, 1+YUNTRANS(y)
1323 #endif
1324                                       );
1325                     if (ret < 0) {
1326                         diff = DIFF_IMPOSSIBLE;
1327                         goto got_result;
1328                     } else if (ret > 0) {
1329                         diff = max(diff, DIFF_SIMPLE);
1330                         goto cont;
1331                     }
1332                 }
1333         /*
1334          * Column-wise positional elimination.
1335          */
1336         for (x = 0; x < cr; x++)
1337             for (n = 1; n <= cr; n++)
1338                 if (!usage->col[x*cr+n-1]) {
1339                     ret = solver_elim(usage, cubepos(x,0,n), cr
1340 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1341                                       , "positional elimination,"
1342                                       " %d in column %d", n, 1+x
1343 #endif
1344                                       );
1345                     if (ret < 0) {
1346                         diff = DIFF_IMPOSSIBLE;
1347                         goto got_result;
1348                     } else if (ret > 0) {
1349                         diff = max(diff, DIFF_SIMPLE);
1350                         goto cont;
1351                     }
1352                 }
1353
1354         /*
1355          * Numeric elimination.
1356          */
1357         for (x = 0; x < cr; x++)
1358             for (y = 0; y < cr; y++)
1359                 if (!usage->grid[YUNTRANS(y)*cr+x]) {
1360                     ret = solver_elim(usage, cubepos(x,y,1), 1
1361 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1362                                       , "numeric elimination at (%d,%d)", 1+x,
1363                                       1+YUNTRANS(y)
1364 #endif
1365                                       );
1366                     if (ret < 0) {
1367                         diff = DIFF_IMPOSSIBLE;
1368                         goto got_result;
1369                     } else if (ret > 0) {
1370                         diff = max(diff, DIFF_SIMPLE);
1371                         goto cont;
1372                     }
1373                 }
1374
1375         if (maxdiff <= DIFF_SIMPLE)
1376             break;
1377
1378         /*
1379          * Intersectional analysis, rows vs blocks.
1380          */
1381         for (y = 0; y < cr; y++)
1382             for (x = 0; x < cr; x += r)
1383                 for (n = 1; n <= cr; n++)
1384                     /*
1385                      * solver_intersect() never returns -1.
1386                      */
1387                     if (!usage->row[y*cr+n-1] &&
1388                         !usage->blk[((y%r)*c+(x/r))*cr+n-1] &&
1389                         (solver_intersect(usage, cubepos(0,y,n), cr*cr,
1390                                           cubepos(x,y%r,n), r*cr
1391 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1392                                           , "intersectional analysis,"
1393                                           " %d in row %d vs block (%d,%d)",
1394                                           n, 1+YUNTRANS(y), 1+x/r, 1+y%r
1395 #endif
1396                                           ) ||
1397                          solver_intersect(usage, cubepos(x,y%r,n), r*cr,
1398                                           cubepos(0,y,n), cr*cr
1399 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1400                                           , "intersectional analysis,"
1401                                           " %d in block (%d,%d) vs row %d",
1402                                           n, 1+x/r, 1+y%r, 1+YUNTRANS(y)
1403 #endif
1404                                           ))) {
1405                         diff = max(diff, DIFF_INTERSECT);
1406                         goto cont;
1407                     }
1408
1409         /*
1410          * Intersectional analysis, columns vs blocks.
1411          */
1412         for (x = 0; x < cr; x++)
1413             for (y = 0; y < r; y++)
1414                 for (n = 1; n <= cr; n++)
1415                     if (!usage->col[x*cr+n-1] &&
1416                         !usage->blk[(y*c+(x/r))*cr+n-1] &&
1417                         (solver_intersect(usage, cubepos(x,0,n), cr,
1418                                           cubepos((x/r)*r,y,n), r*cr
1419 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1420                                           , "intersectional analysis,"
1421                                           " %d in column %d vs block (%d,%d)",
1422                                           n, 1+x, 1+x/r, 1+y
1423 #endif
1424                                           ) ||
1425                          solver_intersect(usage, cubepos((x/r)*r,y,n), r*cr,
1426                                           cubepos(x,0,n), cr
1427 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1428                                           , "intersectional analysis,"
1429                                           " %d in block (%d,%d) vs column %d",
1430                                           n, 1+x/r, 1+y, 1+x
1431 #endif
1432                                           ))) {
1433                         diff = max(diff, DIFF_INTERSECT);
1434                         goto cont;
1435                     }
1436
1437         if (maxdiff <= DIFF_INTERSECT)
1438             break;
1439
1440         /*
1441          * Blockwise set elimination.
1442          */
1443         for (x = 0; x < cr; x += r)
1444             for (y = 0; y < r; y++) {
1445                 ret = solver_set(usage, scratch, cubepos(x,y,1), r*cr, 1
1446 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1447                                  , "set elimination, block (%d,%d)", 1+x/r, 1+y
1448 #endif
1449                                  );
1450                 if (ret < 0) {
1451                     diff = DIFF_IMPOSSIBLE;
1452                     goto got_result;
1453                 } else if (ret > 0) {
1454                     diff = max(diff, DIFF_SET);
1455                     goto cont;
1456                 }
1457             }
1458
1459         /*
1460          * Row-wise set elimination.
1461          */
1462         for (y = 0; y < cr; y++) {
1463             ret = solver_set(usage, scratch, cubepos(0,y,1), cr*cr, 1
1464 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1465                              , "set elimination, row %d", 1+YUNTRANS(y)
1466 #endif
1467                              );
1468             if (ret < 0) {
1469                 diff = DIFF_IMPOSSIBLE;
1470                 goto got_result;
1471             } else if (ret > 0) {
1472                 diff = max(diff, DIFF_SET);
1473                 goto cont;
1474             }
1475         }
1476
1477         /*
1478          * Column-wise set elimination.
1479          */
1480         for (x = 0; x < cr; x++) {
1481             ret = solver_set(usage, scratch, cubepos(x,0,1), cr, 1
1482 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1483                              , "set elimination, column %d", 1+x
1484 #endif
1485                              );
1486             if (ret < 0) {
1487                 diff = DIFF_IMPOSSIBLE;
1488                 goto got_result;
1489             } else if (ret > 0) {
1490                 diff = max(diff, DIFF_SET);
1491                 goto cont;
1492             }
1493         }
1494
1495         /*
1496          * Row-vs-column set elimination on a single number.
1497          */
1498         for (n = 1; n <= cr; n++) {
1499             ret = solver_set(usage, scratch, cubepos(0,0,n), cr*cr, cr
1500 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1501                              , "positional set elimination, number %d", n
1502 #endif
1503                              );
1504             if (ret < 0) {
1505                 diff = DIFF_IMPOSSIBLE;
1506                 goto got_result;
1507             } else if (ret > 0) {
1508                 diff = max(diff, DIFF_EXTREME);
1509                 goto cont;
1510             }
1511         }
1512
1513         /*
1514          * Mutual neighbour elimination.
1515          */
1516         for (y = 0; y+1 < cr; y++) {
1517             for (x = 0; x+1 < cr; x++) {
1518                 for (y2 = y+1; y2 < cr; y2++) {
1519                     for (x2 = x+1; x2 < cr; x2++) {
1520                         /*
1521                          * Can't do mutual neighbour elimination
1522                          * between elements of the same actual
1523                          * block.
1524                          */
1525                         if (x/r == x2/r && y%r == y2%r)
1526                             continue;
1527
1528                         /*
1529                          * Otherwise, try (x,y) vs (x2,y2) in both
1530                          * directions, and likewise (x2,y) vs
1531                          * (x,y2).
1532                          */
1533                         if (!usage->grid[YUNTRANS(y)*cr+x] &&
1534                             !usage->grid[YUNTRANS(y2)*cr+x2] &&
1535                             (solver_mne(usage, scratch, x, y, x2, y2) ||
1536                              solver_mne(usage, scratch, x2, y2, x, y))) {
1537                             diff = max(diff, DIFF_EXTREME);
1538                             goto cont;
1539                         }
1540                         if (!usage->grid[YUNTRANS(y)*cr+x2] &&
1541                             !usage->grid[YUNTRANS(y2)*cr+x] &&
1542                             (solver_mne(usage, scratch, x2, y, x, y2) ||
1543                              solver_mne(usage, scratch, x, y2, x2, y))) {
1544                             diff = max(diff, DIFF_EXTREME);
1545                             goto cont;
1546                         }
1547                     }
1548                 }
1549             }
1550         }
1551
1552         /*
1553          * Forcing chains.
1554          */
1555         if (solver_forcing(usage, scratch)) {
1556             diff = max(diff, DIFF_EXTREME);
1557             goto cont;
1558         }
1559
1560         /*
1561          * If we reach here, we have made no deductions in this
1562          * iteration, so the algorithm terminates.
1563          */
1564         break;
1565     }
1566
1567     /*
1568      * Last chance: if we haven't fully solved the puzzle yet, try
1569      * recursing based on guesses for a particular square. We pick
1570      * one of the most constrained empty squares we can find, which
1571      * has the effect of pruning the search tree as much as
1572      * possible.
1573      */
1574     if (maxdiff >= DIFF_RECURSIVE) {
1575         int best, bestcount;
1576
1577         best = -1;
1578         bestcount = cr+1;
1579
1580         for (y = 0; y < cr; y++)
1581             for (x = 0; x < cr; x++)
1582                 if (!grid[y*cr+x]) {
1583                     int count;
1584
1585                     /*
1586                      * An unfilled square. Count the number of
1587                      * possible digits in it.
1588                      */
1589                     count = 0;
1590                     for (n = 1; n <= cr; n++)
1591                         if (cube(x,YTRANS(y),n))
1592                             count++;
1593
1594                     /*
1595                      * We should have found any impossibilities
1596                      * already, so this can safely be an assert.
1597                      */
1598                     assert(count > 1);
1599
1600                     if (count < bestcount) {
1601                         bestcount = count;
1602                         best = y*cr+x;
1603                     }
1604                 }
1605
1606         if (best != -1) {
1607             int i, j;
1608             digit *list, *ingrid, *outgrid;
1609
1610             diff = DIFF_IMPOSSIBLE;    /* no solution found yet */
1611
1612             /*
1613              * Attempt recursion.
1614              */
1615             y = best / cr;
1616             x = best % cr;
1617
1618             list = snewn(cr, digit);
1619             ingrid = snewn(cr * cr, digit);
1620             outgrid = snewn(cr * cr, digit);
1621             memcpy(ingrid, grid, cr * cr);
1622
1623             /* Make a list of the possible digits. */
1624             for (j = 0, n = 1; n <= cr; n++)
1625                 if (cube(x,YTRANS(y),n))
1626                     list[j++] = n;
1627
1628 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1629             if (solver_show_working) {
1630                 char *sep = "";
1631                 printf("%*srecursing on (%d,%d) [",
1632                        solver_recurse_depth*4, "", x, y);
1633                 for (i = 0; i < j; i++) {
1634                     printf("%s%d", sep, list[i]);
1635                     sep = " or ";
1636                 }
1637                 printf("]\n");
1638             }
1639 #endif
1640
1641             /*
1642              * And step along the list, recursing back into the
1643              * main solver at every stage.
1644              */
1645             for (i = 0; i < j; i++) {
1646                 int ret;
1647
1648                 memcpy(outgrid, ingrid, cr * cr);
1649                 outgrid[y*cr+x] = list[i];
1650
1651 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1652                 if (solver_show_working)
1653                     printf("%*sguessing %d at (%d,%d)\n",
1654                            solver_recurse_depth*4, "", list[i], x, y);
1655                 solver_recurse_depth++;
1656 #endif
1657
1658                 ret = solver(c, r, outgrid, maxdiff);
1659
1660 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1661                 solver_recurse_depth--;
1662                 if (solver_show_working) {
1663                     printf("%*sretracting %d at (%d,%d)\n",
1664                            solver_recurse_depth*4, "", list[i], x, y);
1665                 }
1666 #endif
1667
1668                 /*
1669                  * If we have our first solution, copy it into the
1670                  * grid we will return.
1671                  */
1672                 if (diff == DIFF_IMPOSSIBLE && ret != DIFF_IMPOSSIBLE)
1673                     memcpy(grid, outgrid, cr*cr);
1674
1675                 if (ret == DIFF_AMBIGUOUS)
1676                     diff = DIFF_AMBIGUOUS;
1677                 else if (ret == DIFF_IMPOSSIBLE)
1678                     /* do not change our return value */;
1679                 else {
1680                     /* the recursion turned up exactly one solution */
1681                     if (diff == DIFF_IMPOSSIBLE)
1682                         diff = DIFF_RECURSIVE;
1683                     else
1684                         diff = DIFF_AMBIGUOUS;
1685                 }
1686
1687                 /*
1688                  * As soon as we've found more than one solution,
1689                  * give up immediately.
1690                  */
1691                 if (diff == DIFF_AMBIGUOUS)
1692                     break;
1693             }
1694
1695             sfree(outgrid);
1696             sfree(ingrid);
1697             sfree(list);
1698         }
1699
1700     } else {
1701         /*
1702          * We're forbidden to use recursion, so we just see whether
1703          * our grid is fully solved, and return DIFF_IMPOSSIBLE
1704          * otherwise.
1705          */
1706         for (y = 0; y < cr; y++)
1707             for (x = 0; x < cr; x++)
1708                 if (!grid[y*cr+x])
1709                     diff = DIFF_IMPOSSIBLE;
1710     }
1711
1712     got_result:;
1713
1714 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1715     if (solver_show_working)
1716         printf("%*s%s found\n",
1717                solver_recurse_depth*4, "",
1718                diff == DIFF_IMPOSSIBLE ? "no solution" :
1719                diff == DIFF_AMBIGUOUS ? "multiple solutions" :
1720                "one solution");
1721 #endif
1722
1723     sfree(usage->cube);
1724     sfree(usage->row);
1725     sfree(usage->col);
1726     sfree(usage->blk);
1727     sfree(usage);
1728
1729     solver_free_scratch(scratch);
1730
1731     return diff;
1732 }
1733
1734 /* ----------------------------------------------------------------------
1735  * End of solver code.
1736  */
1737
1738 /* ----------------------------------------------------------------------
1739  * Solo filled-grid generator.
1740  *
1741  * This grid generator works by essentially trying to solve a grid
1742  * starting from no clues, and not worrying that there's more than
1743  * one possible solution. Unfortunately, it isn't computationally
1744  * feasible to do this by calling the above solver with an empty
1745  * grid, because that one needs to allocate a lot of scratch space
1746  * at every recursion level. Instead, I have a much simpler
1747  * algorithm which I shamelessly copied from a Python solver
1748  * written by Andrew Wilkinson (which is GPLed, but I've reused
1749  * only ideas and no code). It mostly just does the obvious
1750  * recursive thing: pick an empty square, put one of the possible
1751  * digits in it, recurse until all squares are filled, backtrack
1752  * and change some choices if necessary.
1753  *
1754  * The clever bit is that every time it chooses which square to
1755  * fill in next, it does so by counting the number of _possible_
1756  * numbers that can go in each square, and it prioritises so that
1757  * it picks a square with the _lowest_ number of possibilities. The
1758  * idea is that filling in lots of the obvious bits (particularly
1759  * any squares with only one possibility) will cut down on the list
1760  * of possibilities for other squares and hence reduce the enormous
1761  * search space as much as possible as early as possible.
1762  */
1763
1764 /*
1765  * Internal data structure used in gridgen to keep track of
1766  * progress.
1767  */
1768 struct gridgen_coord { int x, y, r; };
1769 struct gridgen_usage {
1770     int c, r, cr;                      /* cr == c*r */
1771     /* grid is a copy of the input grid, modified as we go along */
1772     digit *grid;
1773     /* row[y*cr+n-1] TRUE if digit n has been placed in row y */
1774     unsigned char *row;
1775     /* col[x*cr+n-1] TRUE if digit n has been placed in row x */
1776     unsigned char *col;
1777     /* blk[(y*c+x)*cr+n-1] TRUE if digit n has been placed in block (x,y) */
1778     unsigned char *blk;
1779     /* This lists all the empty spaces remaining in the grid. */
1780     struct gridgen_coord *spaces;
1781     int nspaces;
1782     /* If we need randomisation in the solve, this is our random state. */
1783     random_state *rs;
1784 };
1785
1786 /*
1787  * The real recursive step in the generating function.
1788  */
1789 static int gridgen_real(struct gridgen_usage *usage, digit *grid)
1790 {
1791     int c = usage->c, r = usage->r, cr = usage->cr;
1792     int i, j, n, sx, sy, bestm, bestr, ret;
1793     int *digits;
1794
1795     /*
1796      * Firstly, check for completion! If there are no spaces left
1797      * in the grid, we have a solution.
1798      */
1799     if (usage->nspaces == 0) {
1800         memcpy(grid, usage->grid, cr * cr);
1801         return TRUE;
1802     }
1803
1804     /*
1805      * Otherwise, there must be at least one space. Find the most
1806      * constrained space, using the `r' field as a tie-breaker.
1807      */
1808     bestm = cr+1;                      /* so that any space will beat it */
1809     bestr = 0;
1810     i = sx = sy = -1;
1811     for (j = 0; j < usage->nspaces; j++) {
1812         int x = usage->spaces[j].x, y = usage->spaces[j].y;
1813         int m;
1814
1815         /*
1816          * Find the number of digits that could go in this space.
1817          */
1818         m = 0;
1819         for (n = 0; n < cr; n++)
1820             if (!usage->row[y*cr+n] && !usage->col[x*cr+n] &&
1821                 !usage->blk[((y/c)*c+(x/r))*cr+n])
1822                 m++;
1823
1824         if (m < bestm || (m == bestm && usage->spaces[j].r < bestr)) {
1825             bestm = m;
1826             bestr = usage->spaces[j].r;
1827             sx = x;
1828             sy = y;
1829             i = j;
1830         }
1831     }
1832
1833     /*
1834      * Swap that square into the final place in the spaces array,
1835      * so that decrementing nspaces will remove it from the list.
1836      */
1837     if (i != usage->nspaces-1) {
1838         struct gridgen_coord t;
1839         t = usage->spaces[usage->nspaces-1];
1840         usage->spaces[usage->nspaces-1] = usage->spaces[i];
1841         usage->spaces[i] = t;
1842     }
1843
1844     /*
1845      * Now we've decided which square to start our recursion at,
1846      * simply go through all possible values, shuffling them
1847      * randomly first if necessary.
1848      */
1849     digits = snewn(bestm, int);
1850     j = 0;
1851     for (n = 0; n < cr; n++)
1852         if (!usage->row[sy*cr+n] && !usage->col[sx*cr+n] &&
1853             !usage->blk[((sy/c)*c+(sx/r))*cr+n]) {
1854             digits[j++] = n+1;
1855         }
1856
1857     if (usage->rs)
1858         shuffle(digits, j, sizeof(*digits), usage->rs);
1859
1860     /* And finally, go through the digit list and actually recurse. */
1861     ret = FALSE;
1862     for (i = 0; i < j; i++) {
1863         n = digits[i];
1864
1865         /* Update the usage structure to reflect the placing of this digit. */
1866         usage->row[sy*cr+n-1] = usage->col[sx*cr+n-1] =
1867             usage->blk[((sy/c)*c+(sx/r))*cr+n-1] = TRUE;
1868         usage->grid[sy*cr+sx] = n;
1869         usage->nspaces--;
1870
1871         /* Call the solver recursively. Stop when we find a solution. */
1872         if (gridgen_real(usage, grid))
1873             ret = TRUE;
1874
1875         /* Revert the usage structure. */
1876         usage->row[sy*cr+n-1] = usage->col[sx*cr+n-1] =
1877             usage->blk[((sy/c)*c+(sx/r))*cr+n-1] = FALSE;
1878         usage->grid[sy*cr+sx] = 0;
1879         usage->nspaces++;
1880
1881         if (ret)
1882             break;
1883     }
1884
1885     sfree(digits);
1886     return ret;
1887 }
1888
1889 /*
1890  * Entry point to generator. You give it dimensions and a starting
1891  * grid, which is simply an array of cr*cr digits.
1892  */
1893 static void gridgen(int c, int r, digit *grid, random_state *rs)
1894 {
1895     struct gridgen_usage *usage;
1896     int x, y, cr = c*r;
1897
1898     /*
1899      * Clear the grid to start with.
1900      */
1901     memset(grid, 0, cr*cr);
1902
1903     /*
1904      * Create a gridgen_usage structure.
1905      */
1906     usage = snew(struct gridgen_usage);
1907
1908     usage->c = c;
1909     usage->r = r;
1910     usage->cr = cr;
1911
1912     usage->grid = snewn(cr * cr, digit);
1913     memcpy(usage->grid, grid, cr * cr);
1914
1915     usage->row = snewn(cr * cr, unsigned char);
1916     usage->col = snewn(cr * cr, unsigned char);
1917     usage->blk = snewn(cr * cr, unsigned char);
1918     memset(usage->row, FALSE, cr * cr);
1919     memset(usage->col, FALSE, cr * cr);
1920     memset(usage->blk, FALSE, cr * cr);
1921
1922     usage->spaces = snewn(cr * cr, struct gridgen_coord);
1923     usage->nspaces = 0;
1924
1925     usage->rs = rs;
1926
1927     /*
1928      * Initialise the list of grid spaces.
1929      */
1930     for (y = 0; y < cr; y++) {
1931         for (x = 0; x < cr; x++) {
1932             usage->spaces[usage->nspaces].x = x;
1933             usage->spaces[usage->nspaces].y = y;
1934             usage->spaces[usage->nspaces].r = random_bits(rs, 31);
1935             usage->nspaces++;
1936         }
1937     }
1938
1939     /*
1940      * Run the real generator function.
1941      */
1942     gridgen_real(usage, grid);
1943
1944     /*
1945      * Clean up the usage structure now we have our answer.
1946      */
1947     sfree(usage->spaces);
1948     sfree(usage->blk);
1949     sfree(usage->col);
1950     sfree(usage->row);
1951     sfree(usage->grid);
1952     sfree(usage);
1953 }
1954
1955 /* ----------------------------------------------------------------------
1956  * End of grid generator code.
1957  */
1958
1959 /*
1960  * Check whether a grid contains a valid complete puzzle.
1961  */
1962 static int check_valid(int c, int r, digit *grid)
1963 {
1964     int cr = c*r;
1965     unsigned char *used;
1966     int x, y, n;
1967
1968     used = snewn(cr, unsigned char);
1969
1970     /*
1971      * Check that each row contains precisely one of everything.
1972      */
1973     for (y = 0; y < cr; y++) {
1974         memset(used, FALSE, cr);
1975         for (x = 0; x < cr; x++)
1976             if (grid[y*cr+x] > 0 && grid[y*cr+x] <= cr)
1977                 used[grid[y*cr+x]-1] = TRUE;
1978         for (n = 0; n < cr; n++)
1979             if (!used[n]) {
1980                 sfree(used);
1981                 return FALSE;
1982             }
1983     }
1984
1985     /*
1986      * Check that each column contains precisely one of everything.
1987      */
1988     for (x = 0; x < cr; x++) {
1989         memset(used, FALSE, cr);
1990         for (y = 0; y < cr; y++)
1991             if (grid[y*cr+x] > 0 && grid[y*cr+x] <= cr)
1992                 used[grid[y*cr+x]-1] = TRUE;
1993         for (n = 0; n < cr; n++)
1994             if (!used[n]) {
1995                 sfree(used);
1996                 return FALSE;
1997             }
1998     }
1999
2000     /*
2001      * Check that each block contains precisely one of everything.
2002      */
2003     for (x = 0; x < cr; x += r) {
2004         for (y = 0; y < cr; y += c) {
2005             int xx, yy;
2006             memset(used, FALSE, cr);
2007             for (xx = x; xx < x+r; xx++)
2008                 for (yy = 0; yy < y+c; yy++)
2009                     if (grid[yy*cr+xx] > 0 && grid[yy*cr+xx] <= cr)
2010                         used[grid[yy*cr+xx]-1] = TRUE;
2011             for (n = 0; n < cr; n++)
2012                 if (!used[n]) {
2013                     sfree(used);
2014                     return FALSE;
2015                 }
2016         }
2017     }
2018
2019     sfree(used);
2020     return TRUE;
2021 }
2022
2023 static int symmetries(game_params *params, int x, int y, int *output, int s)
2024 {
2025     int c = params->c, r = params->r, cr = c*r;
2026     int i = 0;
2027
2028 #define ADD(x,y) (*output++ = (x), *output++ = (y), i++)
2029
2030     ADD(x, y);
2031
2032     switch (s) {
2033       case SYMM_NONE:
2034         break;                         /* just x,y is all we need */
2035       case SYMM_ROT2:
2036         ADD(cr - 1 - x, cr - 1 - y);
2037         break;
2038       case SYMM_ROT4:
2039         ADD(cr - 1 - y, x);
2040         ADD(y, cr - 1 - x);
2041         ADD(cr - 1 - x, cr - 1 - y);
2042         break;
2043       case SYMM_REF2:
2044         ADD(cr - 1 - x, y);
2045         break;
2046       case SYMM_REF2D:
2047         ADD(y, x);
2048         break;
2049       case SYMM_REF4:
2050         ADD(cr - 1 - x, y);
2051         ADD(x, cr - 1 - y);
2052         ADD(cr - 1 - x, cr - 1 - y);
2053         break;
2054       case SYMM_REF4D:
2055         ADD(y, x);
2056         ADD(cr - 1 - x, cr - 1 - y);
2057         ADD(cr - 1 - y, cr - 1 - x);
2058         break;
2059       case SYMM_REF8:
2060         ADD(cr - 1 - x, y);
2061         ADD(x, cr - 1 - y);
2062         ADD(cr - 1 - x, cr - 1 - y);
2063         ADD(y, x);
2064         ADD(y, cr - 1 - x);
2065         ADD(cr - 1 - y, x);
2066         ADD(cr - 1 - y, cr - 1 - x);
2067         break;
2068     }
2069
2070 #undef ADD
2071
2072     return i;
2073 }
2074
2075 static char *encode_solve_move(int cr, digit *grid)
2076 {
2077     int i, len;
2078     char *ret, *p, *sep;
2079
2080     /*
2081      * It's surprisingly easy to work out _exactly_ how long this
2082      * string needs to be. To decimal-encode all the numbers from 1
2083      * to n:
2084      * 
2085      *  - every number has a units digit; total is n.
2086      *  - all numbers above 9 have a tens digit; total is max(n-9,0).
2087      *  - all numbers above 99 have a hundreds digit; total is max(n-99,0).
2088      *  - and so on.
2089      */
2090     len = 0;
2091     for (i = 1; i <= cr; i *= 10)
2092         len += max(cr - i + 1, 0);
2093     len += cr;                 /* don't forget the commas */
2094     len *= cr;                 /* there are cr rows of these */
2095
2096     /*
2097      * Now len is one bigger than the total size of the
2098      * comma-separated numbers (because we counted an
2099      * additional leading comma). We need to have a leading S
2100      * and a trailing NUL, so we're off by one in total.
2101      */
2102     len++;
2103
2104     ret = snewn(len, char);
2105     p = ret;
2106     *p++ = 'S';
2107     sep = "";
2108     for (i = 0; i < cr*cr; i++) {
2109         p += sprintf(p, "%s%d", sep, grid[i]);
2110         sep = ",";
2111     }
2112     *p++ = '\0';
2113     assert(p - ret == len);
2114
2115     return ret;
2116 }
2117
2118 static char *new_game_desc(game_params *params, random_state *rs,
2119                            char **aux, int interactive)
2120 {
2121     int c = params->c, r = params->r, cr = c*r;
2122     int area = cr*cr;
2123     digit *grid, *grid2;
2124     struct xy { int x, y; } *locs;
2125     int nlocs;
2126     char *desc;
2127     int coords[16], ncoords;
2128     int maxdiff;
2129     int x, y, i, j;
2130
2131     /*
2132      * Adjust the maximum difficulty level to be consistent with
2133      * the puzzle size: all 2x2 puzzles appear to be Trivial
2134      * (DIFF_BLOCK) so we cannot hold out for even a Basic
2135      * (DIFF_SIMPLE) one.
2136      */
2137     maxdiff = params->diff;
2138     if (c == 2 && r == 2)
2139         maxdiff = DIFF_BLOCK;
2140
2141     grid = snewn(area, digit);
2142     locs = snewn(area, struct xy);
2143     grid2 = snewn(area, digit);
2144
2145     /*
2146      * Loop until we get a grid of the required difficulty. This is
2147      * nasty, but it seems to be unpleasantly hard to generate
2148      * difficult grids otherwise.
2149      */
2150     do {
2151         /*
2152          * Generate a random solved state.
2153          */
2154         gridgen(c, r, grid, rs);
2155         assert(check_valid(c, r, grid));
2156
2157         /*
2158          * Save the solved grid in aux.
2159          */
2160         {
2161             /*
2162              * We might already have written *aux the last time we
2163              * went round this loop, in which case we should free
2164              * the old aux before overwriting it with the new one.
2165              */
2166             if (*aux) {
2167                 sfree(*aux);
2168             }
2169
2170             *aux = encode_solve_move(cr, grid);
2171         }
2172
2173         /*
2174          * Now we have a solved grid, start removing things from it
2175          * while preserving solubility.
2176          */
2177
2178         /*
2179          * Find the set of equivalence classes of squares permitted
2180          * by the selected symmetry. We do this by enumerating all
2181          * the grid squares which have no symmetric companion
2182          * sorting lower than themselves.
2183          */
2184         nlocs = 0;
2185         for (y = 0; y < cr; y++)
2186             for (x = 0; x < cr; x++) {
2187                 int i = y*cr+x;
2188                 int j;
2189
2190                 ncoords = symmetries(params, x, y, coords, params->symm);
2191                 for (j = 0; j < ncoords; j++)
2192                     if (coords[2*j+1]*cr+coords[2*j] < i)
2193                         break;
2194                 if (j == ncoords) {
2195                     locs[nlocs].x = x;
2196                     locs[nlocs].y = y;
2197                     nlocs++;
2198                 }
2199             }
2200
2201         /*
2202          * Now shuffle that list.
2203          */
2204         shuffle(locs, nlocs, sizeof(*locs), rs);
2205
2206         /*
2207          * Now loop over the shuffled list and, for each element,
2208          * see whether removing that element (and its reflections)
2209          * from the grid will still leave the grid soluble.
2210          */
2211         for (i = 0; i < nlocs; i++) {
2212             int ret;
2213
2214             x = locs[i].x;
2215             y = locs[i].y;
2216
2217             memcpy(grid2, grid, area);
2218             ncoords = symmetries(params, x, y, coords, params->symm);
2219             for (j = 0; j < ncoords; j++)
2220                 grid2[coords[2*j+1]*cr+coords[2*j]] = 0;
2221
2222             ret = solver(c, r, grid2, maxdiff);
2223             if (ret <= maxdiff) {
2224                 for (j = 0; j < ncoords; j++)
2225                     grid[coords[2*j+1]*cr+coords[2*j]] = 0;
2226             }
2227         }
2228
2229         memcpy(grid2, grid, area);
2230     } while (solver(c, r, grid2, maxdiff) < maxdiff);
2231
2232     sfree(grid2);
2233     sfree(locs);
2234
2235     /*
2236      * Now we have the grid as it will be presented to the user.
2237      * Encode it in a game desc.
2238      */
2239     {
2240         char *p;
2241         int run, i;
2242
2243         desc = snewn(5 * area, char);
2244         p = desc;
2245         run = 0;
2246         for (i = 0; i <= area; i++) {
2247             int n = (i < area ? grid[i] : -1);
2248
2249             if (!n)
2250                 run++;
2251             else {
2252                 if (run) {
2253                     while (run > 0) {
2254                         int c = 'a' - 1 + run;
2255                         if (run > 26)
2256                             c = 'z';
2257                         *p++ = c;
2258                         run -= c - ('a' - 1);
2259                     }
2260                 } else {
2261                     /*
2262                      * If there's a number in the very top left or
2263                      * bottom right, there's no point putting an
2264                      * unnecessary _ before or after it.
2265                      */
2266                     if (p > desc && n > 0)
2267                         *p++ = '_';
2268                 }
2269                 if (n > 0)
2270                     p += sprintf(p, "%d", n);
2271                 run = 0;
2272             }
2273         }
2274         assert(p - desc < 5 * area);
2275         *p++ = '\0';
2276         desc = sresize(desc, p - desc, char);
2277     }
2278
2279     sfree(grid);
2280
2281     return desc;
2282 }
2283
2284 static char *validate_desc(game_params *params, char *desc)
2285 {
2286     int area = params->r * params->r * params->c * params->c;
2287     int squares = 0;
2288
2289     while (*desc) {
2290         int n = *desc++;
2291         if (n >= 'a' && n <= 'z') {
2292             squares += n - 'a' + 1;
2293         } else if (n == '_') {
2294             /* do nothing */;
2295         } else if (n > '0' && n <= '9') {
2296             int val = atoi(desc-1);
2297             if (val < 1 || val > params->c * params->r)
2298                 return "Out-of-range number in game description";
2299             squares++;
2300             while (*desc >= '0' && *desc <= '9')
2301                 desc++;
2302         } else
2303             return "Invalid character in game description";
2304     }
2305
2306     if (squares < area)
2307         return "Not enough data to fill grid";
2308
2309     if (squares > area)
2310         return "Too much data to fit in grid";
2311
2312     return NULL;
2313 }
2314
2315 static game_state *new_game(midend *me, game_params *params, char *desc)
2316 {
2317     game_state *state = snew(game_state);
2318     int c = params->c, r = params->r, cr = c*r, area = cr * cr;
2319     int i;
2320
2321     state->c = params->c;
2322     state->r = params->r;
2323
2324     state->grid = snewn(area, digit);
2325     state->pencil = snewn(area * cr, unsigned char);
2326     memset(state->pencil, 0, area * cr);
2327     state->immutable = snewn(area, unsigned char);
2328     memset(state->immutable, FALSE, area);
2329
2330     state->completed = state->cheated = FALSE;
2331
2332     i = 0;
2333     while (*desc) {
2334         int n = *desc++;
2335         if (n >= 'a' && n <= 'z') {
2336             int run = n - 'a' + 1;
2337             assert(i + run <= area);
2338             while (run-- > 0)
2339                 state->grid[i++] = 0;
2340         } else if (n == '_') {
2341             /* do nothing */;
2342         } else if (n > '0' && n <= '9') {
2343             assert(i < area);
2344             state->immutable[i] = TRUE;
2345             state->grid[i++] = atoi(desc-1);
2346             while (*desc >= '0' && *desc <= '9')
2347                 desc++;
2348         } else {
2349             assert(!"We can't get here");
2350         }
2351     }
2352     assert(i == area);
2353
2354     return state;
2355 }
2356
2357 static game_state *dup_game(game_state *state)
2358 {
2359     game_state *ret = snew(game_state);
2360     int c = state->c, r = state->r, cr = c*r, area = cr * cr;
2361
2362     ret->c = state->c;
2363     ret->r = state->r;
2364
2365     ret->grid = snewn(area, digit);
2366     memcpy(ret->grid, state->grid, area);
2367
2368     ret->pencil = snewn(area * cr, unsigned char);
2369     memcpy(ret->pencil, state->pencil, area * cr);
2370
2371     ret->immutable = snewn(area, unsigned char);
2372     memcpy(ret->immutable, state->immutable, area);
2373
2374     ret->completed = state->completed;
2375     ret->cheated = state->cheated;
2376
2377     return ret;
2378 }
2379
2380 static void free_game(game_state *state)
2381 {
2382     sfree(state->immutable);
2383     sfree(state->pencil);
2384     sfree(state->grid);
2385     sfree(state);
2386 }
2387
2388 static char *solve_game(game_state *state, game_state *currstate,
2389                         char *ai, char **error)
2390 {
2391     int c = state->c, r = state->r, cr = c*r;
2392     char *ret;
2393     digit *grid;
2394     int solve_ret;
2395
2396     /*
2397      * If we already have the solution in ai, save ourselves some
2398      * time.
2399      */
2400     if (ai)
2401         return dupstr(ai);
2402
2403     grid = snewn(cr*cr, digit);
2404     memcpy(grid, state->grid, cr*cr);
2405     solve_ret = solver(c, r, grid, DIFF_RECURSIVE);
2406
2407     *error = NULL;
2408
2409     if (solve_ret == DIFF_IMPOSSIBLE)
2410         *error = "No solution exists for this puzzle";
2411     else if (solve_ret == DIFF_AMBIGUOUS)
2412         *error = "Multiple solutions exist for this puzzle";
2413
2414     if (*error) {
2415         sfree(grid);
2416         return NULL;
2417     }
2418
2419     ret = encode_solve_move(cr, grid);
2420
2421     sfree(grid);
2422
2423     return ret;
2424 }
2425
2426 static char *grid_text_format(int c, int r, digit *grid)
2427 {
2428     int cr = c*r;
2429     int x, y;
2430     int maxlen;
2431     char *ret, *p;
2432
2433     /*
2434      * There are cr lines of digits, plus r-1 lines of block
2435      * separators. Each line contains cr digits, cr-1 separating
2436      * spaces, and c-1 two-character block separators. Thus, the
2437      * total length of a line is 2*cr+2*c-3 (not counting the
2438      * newline), and there are cr+r-1 of them.
2439      */
2440     maxlen = (cr+r-1) * (2*cr+2*c-2);
2441     ret = snewn(maxlen+1, char);
2442     p = ret;
2443
2444     for (y = 0; y < cr; y++) {
2445         for (x = 0; x < cr; x++) {
2446             int ch = grid[y * cr + x];
2447             if (ch == 0)
2448                 ch = '.';
2449             else if (ch <= 9)
2450                 ch = '0' + ch;
2451             else
2452                 ch = 'a' + ch-10;
2453             *p++ = ch;
2454             if (x+1 < cr) {
2455                 *p++ = ' ';
2456                 if ((x+1) % r == 0) {
2457                     *p++ = '|';
2458                     *p++ = ' ';
2459                 }
2460             }
2461         }
2462         *p++ = '\n';
2463         if (y+1 < cr && (y+1) % c == 0) {
2464             for (x = 0; x < cr; x++) {
2465                 *p++ = '-';
2466                 if (x+1 < cr) {
2467                     *p++ = '-';
2468                     if ((x+1) % r == 0) {
2469                         *p++ = '+';
2470                         *p++ = '-';
2471                     }
2472                 }
2473             }
2474             *p++ = '\n';
2475         }
2476     }
2477
2478     assert(p - ret == maxlen);
2479     *p = '\0';
2480     return ret;
2481 }
2482
2483 static char *game_text_format(game_state *state)
2484 {
2485     return grid_text_format(state->c, state->r, state->grid);
2486 }
2487
2488 struct game_ui {
2489     /*
2490      * These are the coordinates of the currently highlighted
2491      * square on the grid, or -1,-1 if there isn't one. When there
2492      * is, pressing a valid number or letter key or Space will
2493      * enter that number or letter in the grid.
2494      */
2495     int hx, hy;
2496     /*
2497      * This indicates whether the current highlight is a
2498      * pencil-mark one or a real one.
2499      */
2500     int hpencil;
2501 };
2502
2503 static game_ui *new_ui(game_state *state)
2504 {
2505     game_ui *ui = snew(game_ui);
2506
2507     ui->hx = ui->hy = -1;
2508     ui->hpencil = 0;
2509
2510     return ui;
2511 }
2512
2513 static void free_ui(game_ui *ui)
2514 {
2515     sfree(ui);
2516 }
2517
2518 static char *encode_ui(game_ui *ui)
2519 {
2520     return NULL;
2521 }
2522
2523 static void decode_ui(game_ui *ui, char *encoding)
2524 {
2525 }
2526
2527 static void game_changed_state(game_ui *ui, game_state *oldstate,
2528                                game_state *newstate)
2529 {
2530     int c = newstate->c, r = newstate->r, cr = c*r;
2531     /*
2532      * We prevent pencil-mode highlighting of a filled square. So
2533      * if the user has just filled in a square which we had a
2534      * pencil-mode highlight in (by Undo, or by Redo, or by Solve),
2535      * then we cancel the highlight.
2536      */
2537     if (ui->hx >= 0 && ui->hy >= 0 && ui->hpencil &&
2538         newstate->grid[ui->hy * cr + ui->hx] != 0) {
2539         ui->hx = ui->hy = -1;
2540     }
2541 }
2542
2543 struct game_drawstate {
2544     int started;
2545     int c, r, cr;
2546     int tilesize;
2547     digit *grid;
2548     unsigned char *pencil;
2549     unsigned char *hl;
2550     /* This is scratch space used within a single call to game_redraw. */
2551     int *entered_items;
2552 };
2553
2554 static char *interpret_move(game_state *state, game_ui *ui, game_drawstate *ds,
2555                             int x, int y, int button)
2556 {
2557     int c = state->c, r = state->r, cr = c*r;
2558     int tx, ty;
2559     char buf[80];
2560
2561     button &= ~MOD_MASK;
2562
2563     tx = (x + TILE_SIZE - BORDER) / TILE_SIZE - 1;
2564     ty = (y + TILE_SIZE - BORDER) / TILE_SIZE - 1;
2565
2566     if (tx >= 0 && tx < cr && ty >= 0 && ty < cr) {
2567         if (button == LEFT_BUTTON) {
2568             if (state->immutable[ty*cr+tx]) {
2569                 ui->hx = ui->hy = -1;
2570             } else if (tx == ui->hx && ty == ui->hy && ui->hpencil == 0) {
2571                 ui->hx = ui->hy = -1;
2572             } else {
2573                 ui->hx = tx;
2574                 ui->hy = ty;
2575                 ui->hpencil = 0;
2576             }
2577             return "";                 /* UI activity occurred */
2578         }
2579         if (button == RIGHT_BUTTON) {
2580             /*
2581              * Pencil-mode highlighting for non filled squares.
2582              */
2583             if (state->grid[ty*cr+tx] == 0) {
2584                 if (tx == ui->hx && ty == ui->hy && ui->hpencil) {
2585                     ui->hx = ui->hy = -1;
2586                 } else {
2587                     ui->hpencil = 1;
2588                     ui->hx = tx;
2589                     ui->hy = ty;
2590                 }
2591             } else {
2592                 ui->hx = ui->hy = -1;
2593             }
2594             return "";                 /* UI activity occurred */
2595         }
2596     }
2597
2598     if (ui->hx != -1 && ui->hy != -1 &&
2599         ((button >= '1' && button <= '9' && button - '0' <= cr) ||
2600          (button >= 'a' && button <= 'z' && button - 'a' + 10 <= cr) ||
2601          (button >= 'A' && button <= 'Z' && button - 'A' + 10 <= cr) ||
2602          button == ' ' || button == '\010' || button == '\177')) {
2603         int n = button - '0';
2604         if (button >= 'A' && button <= 'Z')
2605             n = button - 'A' + 10;
2606         if (button >= 'a' && button <= 'z')
2607             n = button - 'a' + 10;
2608         if (button == ' ' || button == '\010' || button == '\177')
2609             n = 0;
2610
2611         /*
2612          * Can't overwrite this square. In principle this shouldn't
2613          * happen anyway because we should never have even been
2614          * able to highlight the square, but it never hurts to be
2615          * careful.
2616          */
2617         if (state->immutable[ui->hy*cr+ui->hx])
2618             return NULL;
2619
2620         /*
2621          * Can't make pencil marks in a filled square. In principle
2622          * this shouldn't happen anyway because we should never
2623          * have even been able to pencil-highlight the square, but
2624          * it never hurts to be careful.
2625          */
2626         if (ui->hpencil && state->grid[ui->hy*cr+ui->hx])
2627             return NULL;
2628
2629         sprintf(buf, "%c%d,%d,%d",
2630                 (char)(ui->hpencil && n > 0 ? 'P' : 'R'), ui->hx, ui->hy, n);
2631
2632         ui->hx = ui->hy = -1;
2633
2634         return dupstr(buf);
2635     }
2636
2637     return NULL;
2638 }
2639
2640 static game_state *execute_move(game_state *from, char *move)
2641 {
2642     int c = from->c, r = from->r, cr = c*r;
2643     game_state *ret;
2644     int x, y, n;
2645
2646     if (move[0] == 'S') {
2647         char *p;
2648
2649         ret = dup_game(from);
2650         ret->completed = ret->cheated = TRUE;
2651
2652         p = move+1;
2653         for (n = 0; n < cr*cr; n++) {
2654             ret->grid[n] = atoi(p);
2655
2656             if (!*p || ret->grid[n] < 1 || ret->grid[n] > cr) {
2657                 free_game(ret);
2658                 return NULL;
2659             }
2660
2661             while (*p && isdigit((unsigned char)*p)) p++;
2662             if (*p == ',') p++;
2663         }
2664
2665         return ret;
2666     } else if ((move[0] == 'P' || move[0] == 'R') &&
2667         sscanf(move+1, "%d,%d,%d", &x, &y, &n) == 3 &&
2668         x >= 0 && x < cr && y >= 0 && y < cr && n >= 0 && n <= cr) {
2669
2670         ret = dup_game(from);
2671         if (move[0] == 'P' && n > 0) {
2672             int index = (y*cr+x) * cr + (n-1);
2673             ret->pencil[index] = !ret->pencil[index];
2674         } else {
2675             ret->grid[y*cr+x] = n;
2676             memset(ret->pencil + (y*cr+x)*cr, 0, cr);
2677
2678             /*
2679              * We've made a real change to the grid. Check to see
2680              * if the game has been completed.
2681              */
2682             if (!ret->completed && check_valid(c, r, ret->grid)) {
2683                 ret->completed = TRUE;
2684             }
2685         }
2686         return ret;
2687     } else
2688         return NULL;                   /* couldn't parse move string */
2689 }
2690
2691 /* ----------------------------------------------------------------------
2692  * Drawing routines.
2693  */
2694
2695 #define SIZE(cr) ((cr) * TILE_SIZE + 2*BORDER + 1)
2696 #define GETTILESIZE(cr, w) ( (double)(w-1) / (double)(cr+1) )
2697
2698 static void game_compute_size(game_params *params, int tilesize,
2699                               int *x, int *y)
2700 {
2701     /* Ick: fake up `ds->tilesize' for macro expansion purposes */
2702     struct { int tilesize; } ads, *ds = &ads;
2703     ads.tilesize = tilesize;
2704
2705     *x = SIZE(params->c * params->r);
2706     *y = SIZE(params->c * params->r);
2707 }
2708
2709 static void game_set_size(drawing *dr, game_drawstate *ds,
2710                           game_params *params, int tilesize)
2711 {
2712     ds->tilesize = tilesize;
2713 }
2714
2715 static float *game_colours(frontend *fe, game_state *state, int *ncolours)
2716 {
2717     float *ret = snewn(3 * NCOLOURS, float);
2718
2719     frontend_default_colour(fe, &ret[COL_BACKGROUND * 3]);
2720
2721     ret[COL_GRID * 3 + 0] = 0.0F;
2722     ret[COL_GRID * 3 + 1] = 0.0F;
2723     ret[COL_GRID * 3 + 2] = 0.0F;
2724
2725     ret[COL_CLUE * 3 + 0] = 0.0F;
2726     ret[COL_CLUE * 3 + 1] = 0.0F;
2727     ret[COL_CLUE * 3 + 2] = 0.0F;
2728
2729     ret[COL_USER * 3 + 0] = 0.0F;
2730     ret[COL_USER * 3 + 1] = 0.6F * ret[COL_BACKGROUND * 3 + 1];
2731     ret[COL_USER * 3 + 2] = 0.0F;
2732
2733     ret[COL_HIGHLIGHT * 3 + 0] = 0.85F * ret[COL_BACKGROUND * 3 + 0];
2734     ret[COL_HIGHLIGHT * 3 + 1] = 0.85F * ret[COL_BACKGROUND * 3 + 1];
2735     ret[COL_HIGHLIGHT * 3 + 2] = 0.85F * ret[COL_BACKGROUND * 3 + 2];
2736
2737     ret[COL_ERROR * 3 + 0] = 1.0F;
2738     ret[COL_ERROR * 3 + 1] = 0.0F;
2739     ret[COL_ERROR * 3 + 2] = 0.0F;
2740
2741     ret[COL_PENCIL * 3 + 0] = 0.5F * ret[COL_BACKGROUND * 3 + 0];
2742     ret[COL_PENCIL * 3 + 1] = 0.5F * ret[COL_BACKGROUND * 3 + 1];
2743     ret[COL_PENCIL * 3 + 2] = ret[COL_BACKGROUND * 3 + 2];
2744
2745     *ncolours = NCOLOURS;
2746     return ret;
2747 }
2748
2749 static game_drawstate *game_new_drawstate(drawing *dr, game_state *state)
2750 {
2751     struct game_drawstate *ds = snew(struct game_drawstate);
2752     int c = state->c, r = state->r, cr = c*r;
2753
2754     ds->started = FALSE;
2755     ds->c = c;
2756     ds->r = r;
2757     ds->cr = cr;
2758     ds->grid = snewn(cr*cr, digit);
2759     memset(ds->grid, 0, cr*cr);
2760     ds->pencil = snewn(cr*cr*cr, digit);
2761     memset(ds->pencil, 0, cr*cr*cr);
2762     ds->hl = snewn(cr*cr, unsigned char);
2763     memset(ds->hl, 0, cr*cr);
2764     ds->entered_items = snewn(cr*cr, int);
2765     ds->tilesize = 0;                  /* not decided yet */
2766     return ds;
2767 }
2768
2769 static void game_free_drawstate(drawing *dr, game_drawstate *ds)
2770 {
2771     sfree(ds->hl);
2772     sfree(ds->pencil);
2773     sfree(ds->grid);
2774     sfree(ds->entered_items);
2775     sfree(ds);
2776 }
2777
2778 static void draw_number(drawing *dr, game_drawstate *ds, game_state *state,
2779                         int x, int y, int hl)
2780 {
2781     int c = state->c, r = state->r, cr = c*r;
2782     int tx, ty;
2783     int cx, cy, cw, ch;
2784     char str[2];
2785
2786     if (ds->grid[y*cr+x] == state->grid[y*cr+x] &&
2787         ds->hl[y*cr+x] == hl &&
2788         !memcmp(ds->pencil+(y*cr+x)*cr, state->pencil+(y*cr+x)*cr, cr))
2789         return;                        /* no change required */
2790
2791     tx = BORDER + x * TILE_SIZE + 2;
2792     ty = BORDER + y * TILE_SIZE + 2;
2793
2794     cx = tx;
2795     cy = ty;
2796     cw = TILE_SIZE-3;
2797     ch = TILE_SIZE-3;
2798
2799     if (x % r)
2800         cx--, cw++;
2801     if ((x+1) % r)
2802         cw++;
2803     if (y % c)
2804         cy--, ch++;
2805     if ((y+1) % c)
2806         ch++;
2807
2808     clip(dr, cx, cy, cw, ch);
2809
2810     /* background needs erasing */
2811     draw_rect(dr, cx, cy, cw, ch, (hl & 15) == 1 ? COL_HIGHLIGHT : COL_BACKGROUND);
2812
2813     /* pencil-mode highlight */
2814     if ((hl & 15) == 2) {
2815         int coords[6];
2816         coords[0] = cx;
2817         coords[1] = cy;
2818         coords[2] = cx+cw/2;
2819         coords[3] = cy;
2820         coords[4] = cx;
2821         coords[5] = cy+ch/2;
2822         draw_polygon(dr, coords, 3, COL_HIGHLIGHT, COL_HIGHLIGHT);
2823     }
2824
2825     /* new number needs drawing? */
2826     if (state->grid[y*cr+x]) {
2827         str[1] = '\0';
2828         str[0] = state->grid[y*cr+x] + '0';
2829         if (str[0] > '9')
2830             str[0] += 'a' - ('9'+1);
2831         draw_text(dr, tx + TILE_SIZE/2, ty + TILE_SIZE/2,
2832                   FONT_VARIABLE, TILE_SIZE/2, ALIGN_VCENTRE | ALIGN_HCENTRE,
2833                   state->immutable[y*cr+x] ? COL_CLUE : (hl & 16) ? COL_ERROR : COL_USER, str);
2834     } else {
2835         int i, j, npencil;
2836         int pw, ph, pmax, fontsize;
2837
2838         /* count the pencil marks required */
2839         for (i = npencil = 0; i < cr; i++)
2840             if (state->pencil[(y*cr+x)*cr+i])
2841                 npencil++;
2842
2843         /*
2844          * It's not sensible to arrange pencil marks in the same
2845          * layout as the squares within a block, because this leads
2846          * to the font being too small. Instead, we arrange pencil
2847          * marks in the nearest thing we can to a square layout,
2848          * and we adjust the square layout depending on the number
2849          * of pencil marks in the square.
2850          */
2851         for (pw = 1; pw * pw < npencil; pw++);
2852         if (pw < 3) pw = 3;            /* otherwise it just looks _silly_ */
2853         ph = (npencil + pw - 1) / pw;
2854         if (ph < 2) ph = 2;            /* likewise */
2855         pmax = max(pw, ph);
2856         fontsize = TILE_SIZE/(pmax*(11-pmax)/8);
2857
2858         for (i = j = 0; i < cr; i++)
2859             if (state->pencil[(y*cr+x)*cr+i]) {
2860                 int dx = j % pw, dy = j / pw;
2861
2862                 str[1] = '\0';
2863                 str[0] = i + '1';
2864                 if (str[0] > '9')
2865                     str[0] += 'a' - ('9'+1);
2866                 draw_text(dr, tx + (4*dx+3) * TILE_SIZE / (4*pw+2),
2867                           ty + (4*dy+3) * TILE_SIZE / (4*ph+2),
2868                           FONT_VARIABLE, fontsize,
2869                           ALIGN_VCENTRE | ALIGN_HCENTRE, COL_PENCIL, str);
2870                 j++;
2871             }
2872     }
2873
2874     unclip(dr);
2875
2876     draw_update(dr, cx, cy, cw, ch);
2877
2878     ds->grid[y*cr+x] = state->grid[y*cr+x];
2879     memcpy(ds->pencil+(y*cr+x)*cr, state->pencil+(y*cr+x)*cr, cr);
2880     ds->hl[y*cr+x] = hl;
2881 }
2882
2883 static void game_redraw(drawing *dr, game_drawstate *ds, game_state *oldstate,
2884                         game_state *state, int dir, game_ui *ui,
2885                         float animtime, float flashtime)
2886 {
2887     int c = state->c, r = state->r, cr = c*r;
2888     int x, y;
2889
2890     if (!ds->started) {
2891         /*
2892          * The initial contents of the window are not guaranteed
2893          * and can vary with front ends. To be on the safe side,
2894          * all games should start by drawing a big
2895          * background-colour rectangle covering the whole window.
2896          */
2897         draw_rect(dr, 0, 0, SIZE(cr), SIZE(cr), COL_BACKGROUND);
2898
2899         /*
2900          * Draw the grid.
2901          */
2902         for (x = 0; x <= cr; x++) {
2903             int thick = (x % r ? 0 : 1);
2904             draw_rect(dr, BORDER + x*TILE_SIZE - thick, BORDER-1,
2905                       1+2*thick, cr*TILE_SIZE+3, COL_GRID);
2906         }
2907         for (y = 0; y <= cr; y++) {
2908             int thick = (y % c ? 0 : 1);
2909             draw_rect(dr, BORDER-1, BORDER + y*TILE_SIZE - thick,
2910                       cr*TILE_SIZE+3, 1+2*thick, COL_GRID);
2911         }
2912     }
2913
2914     /*
2915      * This array is used to keep track of rows, columns and boxes
2916      * which contain a number more than once.
2917      */
2918     for (x = 0; x < cr * cr; x++)
2919         ds->entered_items[x] = 0;
2920     for (x = 0; x < cr; x++)
2921         for (y = 0; y < cr; y++) {
2922             digit d = state->grid[y*cr+x];
2923             if (d) {
2924                 int box = (x/r)+(y/c)*c;
2925                 ds->entered_items[x*cr+d-1] |= ((ds->entered_items[x*cr+d-1] & 1) << 1) | 1;
2926                 ds->entered_items[y*cr+d-1] |= ((ds->entered_items[y*cr+d-1] & 4) << 1) | 4;
2927                 ds->entered_items[box*cr+d-1] |= ((ds->entered_items[box*cr+d-1] & 16) << 1) | 16;
2928             }
2929         }
2930
2931     /*
2932      * Draw any numbers which need redrawing.
2933      */
2934     for (x = 0; x < cr; x++) {
2935         for (y = 0; y < cr; y++) {
2936             int highlight = 0;
2937             digit d = state->grid[y*cr+x];
2938
2939             if (flashtime > 0 &&
2940                 (flashtime <= FLASH_TIME/3 ||
2941                  flashtime >= FLASH_TIME*2/3))
2942                 highlight = 1;
2943
2944             /* Highlight active input areas. */
2945             if (x == ui->hx && y == ui->hy)
2946                 highlight = ui->hpencil ? 2 : 1;
2947
2948             /* Mark obvious errors (ie, numbers which occur more than once
2949              * in a single row, column, or box). */
2950             if (d && ((ds->entered_items[x*cr+d-1] & 2) ||
2951                       (ds->entered_items[y*cr+d-1] & 8) ||
2952                       (ds->entered_items[((x/r)+(y/c)*c)*cr+d-1] & 32)))
2953                 highlight |= 16;
2954
2955             draw_number(dr, ds, state, x, y, highlight);
2956         }
2957     }
2958
2959     /*
2960      * Update the _entire_ grid if necessary.
2961      */
2962     if (!ds->started) {
2963         draw_update(dr, 0, 0, SIZE(cr), SIZE(cr));
2964         ds->started = TRUE;
2965     }
2966 }
2967
2968 static float game_anim_length(game_state *oldstate, game_state *newstate,
2969                               int dir, game_ui *ui)
2970 {
2971     return 0.0F;
2972 }
2973
2974 static float game_flash_length(game_state *oldstate, game_state *newstate,
2975                                int dir, game_ui *ui)
2976 {
2977     if (!oldstate->completed && newstate->completed &&
2978         !oldstate->cheated && !newstate->cheated)
2979         return FLASH_TIME;
2980     return 0.0F;
2981 }
2982
2983 static int game_wants_statusbar(void)
2984 {
2985     return FALSE;
2986 }
2987
2988 static int game_timing_state(game_state *state, game_ui *ui)
2989 {
2990     return TRUE;
2991 }
2992
2993 static void game_print_size(game_params *params, float *x, float *y)
2994 {
2995     int pw, ph;
2996
2997     /*
2998      * I'll use 9mm squares by default. They should be quite big
2999      * for this game, because players will want to jot down no end
3000      * of pencil marks in the squares.
3001      */
3002     game_compute_size(params, 900, &pw, &ph);
3003     *x = pw / 100.0;
3004     *y = ph / 100.0;
3005 }
3006
3007 static void game_print(drawing *dr, game_state *state, int tilesize)
3008 {
3009     int c = state->c, r = state->r, cr = c*r;
3010     int ink = print_mono_colour(dr, 0);
3011     int x, y;
3012
3013     /* Ick: fake up `ds->tilesize' for macro expansion purposes */
3014     game_drawstate ads, *ds = &ads;
3015     game_set_size(dr, ds, NULL, tilesize);
3016
3017     /*
3018      * Border.
3019      */
3020     print_line_width(dr, 3 * TILE_SIZE / 40);
3021     draw_rect_outline(dr, BORDER, BORDER, cr*TILE_SIZE, cr*TILE_SIZE, ink);
3022
3023     /*
3024      * Grid.
3025      */
3026     for (x = 1; x < cr; x++) {
3027         print_line_width(dr, (x % r ? 1 : 3) * TILE_SIZE / 40);
3028         draw_line(dr, BORDER+x*TILE_SIZE, BORDER,
3029                   BORDER+x*TILE_SIZE, BORDER+cr*TILE_SIZE, ink);
3030     }
3031     for (y = 1; y < cr; y++) {
3032         print_line_width(dr, (y % c ? 1 : 3) * TILE_SIZE / 40);
3033         draw_line(dr, BORDER, BORDER+y*TILE_SIZE,
3034                   BORDER+cr*TILE_SIZE, BORDER+y*TILE_SIZE, ink);
3035     }
3036
3037     /*
3038      * Numbers.
3039      */
3040     for (y = 0; y < cr; y++)
3041         for (x = 0; x < cr; x++)
3042             if (state->grid[y*cr+x]) {
3043                 char str[2];
3044                 str[1] = '\0';
3045                 str[0] = state->grid[y*cr+x] + '0';
3046                 if (str[0] > '9')
3047                     str[0] += 'a' - ('9'+1);
3048                 draw_text(dr, BORDER + x*TILE_SIZE + TILE_SIZE/2,
3049                           BORDER + y*TILE_SIZE + TILE_SIZE/2,
3050                           FONT_VARIABLE, TILE_SIZE/2,
3051                           ALIGN_VCENTRE | ALIGN_HCENTRE, ink, str);
3052             }
3053 }
3054
3055 #ifdef COMBINED
3056 #define thegame solo
3057 #endif
3058
3059 const struct game thegame = {
3060     "Solo", "games.solo",
3061     default_params,
3062     game_fetch_preset,
3063     decode_params,
3064     encode_params,
3065     free_params,
3066     dup_params,
3067     TRUE, game_configure, custom_params,
3068     validate_params,
3069     new_game_desc,
3070     validate_desc,
3071     new_game,
3072     dup_game,
3073     free_game,
3074     TRUE, solve_game,
3075     TRUE, game_text_format,
3076     new_ui,
3077     free_ui,
3078     encode_ui,
3079     decode_ui,
3080     game_changed_state,
3081     interpret_move,
3082     execute_move,
3083     PREFERRED_TILE_SIZE, game_compute_size, game_set_size,
3084     game_colours,
3085     game_new_drawstate,
3086     game_free_drawstate,
3087     game_redraw,
3088     game_anim_length,
3089     game_flash_length,
3090     TRUE, FALSE, game_print_size, game_print,
3091     game_wants_statusbar,
3092     FALSE, game_timing_state,
3093     0,                                 /* flags */
3094 };
3095
3096 #ifdef STANDALONE_SOLVER
3097
3098 int main(int argc, char **argv)
3099 {
3100     game_params *p;
3101     game_state *s;
3102     char *id = NULL, *desc, *err;
3103     int grade = FALSE;
3104     int ret;
3105
3106     while (--argc > 0) {
3107         char *p = *++argv;
3108         if (!strcmp(p, "-v")) {
3109             solver_show_working = TRUE;
3110         } else if (!strcmp(p, "-g")) {
3111             grade = TRUE;
3112         } else if (*p == '-') {
3113             fprintf(stderr, "%s: unrecognised option `%s'\n", argv[0], p);
3114             return 1;
3115         } else {
3116             id = p;
3117         }
3118     }
3119
3120     if (!id) {
3121         fprintf(stderr, "usage: %s [-g | -v] <game_id>\n", argv[0]);
3122         return 1;
3123     }
3124
3125     desc = strchr(id, ':');
3126     if (!desc) {
3127         fprintf(stderr, "%s: game id expects a colon in it\n", argv[0]);
3128         return 1;
3129     }
3130     *desc++ = '\0';
3131
3132     p = default_params();
3133     decode_params(p, id);
3134     err = validate_desc(p, desc);
3135     if (err) {
3136         fprintf(stderr, "%s: %s\n", argv[0], err);
3137         return 1;
3138     }
3139     s = new_game(NULL, p, desc);
3140
3141     ret = solver(p->c, p->r, s->grid, DIFF_RECURSIVE);
3142     if (grade) {
3143         printf("Difficulty rating: %s\n",
3144                ret==DIFF_BLOCK ? "Trivial (blockwise positional elimination only)":
3145                ret==DIFF_SIMPLE ? "Basic (row/column/number elimination required)":
3146                ret==DIFF_INTERSECT ? "Intermediate (intersectional analysis required)":
3147                ret==DIFF_SET ? "Advanced (set elimination required)":
3148                ret==DIFF_EXTREME ? "Extreme (complex non-recursive techniques required)":
3149                ret==DIFF_RECURSIVE ? "Unreasonable (guesswork and backtracking required)":
3150                ret==DIFF_AMBIGUOUS ? "Ambiguous (multiple solutions exist)":
3151                ret==DIFF_IMPOSSIBLE ? "Impossible (no solution exists)":
3152                "INTERNAL ERROR: unrecognised difficulty code");
3153     } else {
3154         printf("%s\n", grid_text_format(p->c, p->r, s->grid));
3155     }
3156
3157     return 0;
3158 }
3159
3160 #endif