chiark / gitweb /
I can never remember what that `TRUE' means in the game structure
[sgt-puzzles.git] / solo.c
1 /*
2  * solo.c: the number-placing puzzle most popularly known as `Sudoku'.
3  *
4  * TODO:
5  *
6  *  - it might still be nice to do some prioritisation on the
7  *    removal of numbers from the grid
8  *     + one possibility is to try to minimise the maximum number
9  *       of filled squares in any block, which in particular ought
10  *       to enforce never leaving a completely filled block in the
11  *       puzzle as presented.
12  *
13  *  - alternative interface modes
14  *     + sudoku.com's Windows program has a palette of possible
15  *       entries; you select a palette entry first and then click
16  *       on the square you want it to go in, thus enabling
17  *       mouse-only play. Useful for PDAs! I don't think it's
18  *       actually incompatible with the current highlight-then-type
19  *       approach: you _either_ highlight a palette entry and then
20  *       click, _or_ you highlight a square and then type. At most
21  *       one thing is ever highlighted at a time, so there's no way
22  *       to confuse the two.
23  *     + `pencil marks' might be useful for more subtle forms of
24  *       deduction, now we can create puzzles that require them.
25  */
26
27 /*
28  * Solo puzzles need to be square overall (since each row and each
29  * column must contain one of every digit), but they need not be
30  * subdivided the same way internally. I am going to adopt a
31  * convention whereby I _always_ refer to `r' as the number of rows
32  * of _big_ divisions, and `c' as the number of columns of _big_
33  * divisions. Thus, a 2c by 3r puzzle looks something like this:
34  *
35  *   4 5 1 | 2 6 3
36  *   6 3 2 | 5 4 1
37  *   ------+------     (Of course, you can't subdivide it the other way
38  *   1 4 5 | 6 3 2     or you'll get clashes; observe that the 4 in the
39  *   3 2 6 | 4 1 5     top left would conflict with the 4 in the second
40  *   ------+------     box down on the left-hand side.)
41  *   5 1 4 | 3 2 6
42  *   2 6 3 | 1 5 4
43  *
44  * The need for a strong naming convention should now be clear:
45  * each small box is two rows of digits by three columns, while the
46  * overall puzzle has three rows of small boxes by two columns. So
47  * I will (hopefully) consistently use `r' to denote the number of
48  * rows _of small boxes_ (here 3), which is also the number of
49  * columns of digits in each small box; and `c' vice versa (here
50  * 2).
51  *
52  * I'm also going to choose arbitrarily to list c first wherever
53  * possible: the above is a 2x3 puzzle, not a 3x2 one.
54  */
55
56 #include <stdio.h>
57 #include <stdlib.h>
58 #include <string.h>
59 #include <assert.h>
60 #include <ctype.h>
61 #include <math.h>
62
63 #ifdef STANDALONE_SOLVER
64 #include <stdarg.h>
65 int solver_show_working;
66 #endif
67
68 #include "puzzles.h"
69
70 #define max(x,y) ((x)>(y)?(x):(y))
71
72 /*
73  * To save space, I store digits internally as unsigned char. This
74  * imposes a hard limit of 255 on the order of the puzzle. Since
75  * even a 5x5 takes unacceptably long to generate, I don't see this
76  * as a serious limitation unless something _really_ impressive
77  * happens in computing technology; but here's a typedef anyway for
78  * general good practice.
79  */
80 typedef unsigned char digit;
81 #define ORDER_MAX 255
82
83 #define TILE_SIZE 32
84 #define BORDER 18
85
86 #define FLASH_TIME 0.4F
87
88 enum { SYMM_NONE, SYMM_ROT2, SYMM_ROT4, SYMM_REF4 };
89
90 enum { DIFF_BLOCK, DIFF_SIMPLE, DIFF_INTERSECT,
91        DIFF_SET, DIFF_RECURSIVE, DIFF_AMBIGUOUS, DIFF_IMPOSSIBLE };
92
93 enum {
94     COL_BACKGROUND,
95     COL_GRID,
96     COL_CLUE,
97     COL_USER,
98     COL_HIGHLIGHT,
99     NCOLOURS
100 };
101
102 struct game_params {
103     int c, r, symm, diff;
104 };
105
106 struct game_state {
107     int c, r;
108     digit *grid;
109     unsigned char *immutable;          /* marks which digits are clues */
110     int completed;
111 };
112
113 static game_params *default_params(void)
114 {
115     game_params *ret = snew(game_params);
116
117     ret->c = ret->r = 3;
118     ret->symm = SYMM_ROT2;             /* a plausible default */
119     ret->diff = DIFF_SIMPLE;           /* so is this */
120
121     return ret;
122 }
123
124 static void free_params(game_params *params)
125 {
126     sfree(params);
127 }
128
129 static game_params *dup_params(game_params *params)
130 {
131     game_params *ret = snew(game_params);
132     *ret = *params;                    /* structure copy */
133     return ret;
134 }
135
136 static int game_fetch_preset(int i, char **name, game_params **params)
137 {
138     static struct {
139         char *title;
140         game_params params;
141     } presets[] = {
142         { "2x2 Trivial", { 2, 2, SYMM_ROT2, DIFF_BLOCK } },
143         { "2x3 Basic", { 2, 3, SYMM_ROT2, DIFF_SIMPLE } },
144         { "3x3 Basic", { 3, 3, SYMM_ROT2, DIFF_SIMPLE } },
145         { "3x3 Intermediate", { 3, 3, SYMM_ROT2, DIFF_INTERSECT } },
146         { "3x3 Advanced", { 3, 3, SYMM_ROT2, DIFF_SET } },
147         { "3x4 Basic", { 3, 4, SYMM_ROT2, DIFF_SIMPLE } },
148         { "4x4 Basic", { 4, 4, SYMM_ROT2, DIFF_SIMPLE } },
149     };
150
151     if (i < 0 || i >= lenof(presets))
152         return FALSE;
153
154     *name = dupstr(presets[i].title);
155     *params = dup_params(&presets[i].params);
156
157     return TRUE;
158 }
159
160 static game_params *decode_params(char const *string)
161 {
162     game_params *ret = default_params();
163
164     ret->c = ret->r = atoi(string);
165     ret->symm = SYMM_ROT2;
166     while (*string && isdigit((unsigned char)*string)) string++;
167     if (*string == 'x') {
168         string++;
169         ret->r = atoi(string);
170         while (*string && isdigit((unsigned char)*string)) string++;
171     }
172     while (*string) {
173         if (*string == 'r' || *string == 'm' || *string == 'a') {
174             int sn, sc;
175             sc = *string++;
176             sn = atoi(string);
177             while (*string && isdigit((unsigned char)*string)) string++;
178             if (sc == 'm' && sn == 4)
179                 ret->symm = SYMM_REF4;
180             if (sc == 'r' && sn == 4)
181                 ret->symm = SYMM_ROT4;
182             if (sc == 'r' && sn == 2)
183                 ret->symm = SYMM_ROT2;
184             if (sc == 'a')
185                 ret->symm = SYMM_NONE;
186         } else if (*string == 'd') {
187             string++;
188             if (*string == 't')        /* trivial */
189                 string++, ret->diff = DIFF_BLOCK;
190             else if (*string == 'b')   /* basic */
191                 string++, ret->diff = DIFF_SIMPLE;
192             else if (*string == 'i')   /* intermediate */
193                 string++, ret->diff = DIFF_INTERSECT;
194             else if (*string == 'a')   /* advanced */
195                 string++, ret->diff = DIFF_SET;
196         } else
197             string++;                  /* eat unknown character */
198     }
199
200     return ret;
201 }
202
203 static char *encode_params(game_params *params)
204 {
205     char str[80];
206
207     /*
208      * Symmetry is a game generation preference and hence is left
209      * out of the encoding. Users can add it back in as they see
210      * fit.
211      */
212     sprintf(str, "%dx%d", params->c, params->r);
213     return dupstr(str);
214 }
215
216 static config_item *game_configure(game_params *params)
217 {
218     config_item *ret;
219     char buf[80];
220
221     ret = snewn(5, config_item);
222
223     ret[0].name = "Columns of sub-blocks";
224     ret[0].type = C_STRING;
225     sprintf(buf, "%d", params->c);
226     ret[0].sval = dupstr(buf);
227     ret[0].ival = 0;
228
229     ret[1].name = "Rows of sub-blocks";
230     ret[1].type = C_STRING;
231     sprintf(buf, "%d", params->r);
232     ret[1].sval = dupstr(buf);
233     ret[1].ival = 0;
234
235     ret[2].name = "Symmetry";
236     ret[2].type = C_CHOICES;
237     ret[2].sval = ":None:2-way rotation:4-way rotation:4-way mirror";
238     ret[2].ival = params->symm;
239
240     ret[3].name = "Difficulty";
241     ret[3].type = C_CHOICES;
242     ret[3].sval = ":Trivial:Basic:Intermediate:Advanced";
243     ret[3].ival = params->diff;
244
245     ret[4].name = NULL;
246     ret[4].type = C_END;
247     ret[4].sval = NULL;
248     ret[4].ival = 0;
249
250     return ret;
251 }
252
253 static game_params *custom_params(config_item *cfg)
254 {
255     game_params *ret = snew(game_params);
256
257     ret->c = atoi(cfg[0].sval);
258     ret->r = atoi(cfg[1].sval);
259     ret->symm = cfg[2].ival;
260     ret->diff = cfg[3].ival;
261
262     return ret;
263 }
264
265 static char *validate_params(game_params *params)
266 {
267     if (params->c < 2 || params->r < 2)
268         return "Both dimensions must be at least 2";
269     if (params->c > ORDER_MAX || params->r > ORDER_MAX)
270         return "Dimensions greater than "STR(ORDER_MAX)" are not supported";
271     return NULL;
272 }
273
274 /* ----------------------------------------------------------------------
275  * Full recursive Solo solver.
276  *
277  * The algorithm for this solver is shamelessly copied from a
278  * Python solver written by Andrew Wilkinson (which is GPLed, but
279  * I've reused only ideas and no code). It mostly just does the
280  * obvious recursive thing: pick an empty square, put one of the
281  * possible digits in it, recurse until all squares are filled,
282  * backtrack and change some choices if necessary.
283  *
284  * The clever bit is that every time it chooses which square to
285  * fill in next, it does so by counting the number of _possible_
286  * numbers that can go in each square, and it prioritises so that
287  * it picks a square with the _lowest_ number of possibilities. The
288  * idea is that filling in lots of the obvious bits (particularly
289  * any squares with only one possibility) will cut down on the list
290  * of possibilities for other squares and hence reduce the enormous
291  * search space as much as possible as early as possible.
292  *
293  * In practice the algorithm appeared to work very well; run on
294  * sample problems from the Times it completed in well under a
295  * second on my G5 even when written in Python, and given an empty
296  * grid (so that in principle it would enumerate _all_ solved
297  * grids!) it found the first valid solution just as quickly. So
298  * with a bit more randomisation I see no reason not to use this as
299  * my grid generator.
300  */
301
302 /*
303  * Internal data structure used in solver to keep track of
304  * progress.
305  */
306 struct rsolve_coord { int x, y, r; };
307 struct rsolve_usage {
308     int c, r, cr;                      /* cr == c*r */
309     /* grid is a copy of the input grid, modified as we go along */
310     digit *grid;
311     /* row[y*cr+n-1] TRUE if digit n has been placed in row y */
312     unsigned char *row;
313     /* col[x*cr+n-1] TRUE if digit n has been placed in row x */
314     unsigned char *col;
315     /* blk[(y*c+x)*cr+n-1] TRUE if digit n has been placed in block (x,y) */
316     unsigned char *blk;
317     /* This lists all the empty spaces remaining in the grid. */
318     struct rsolve_coord *spaces;
319     int nspaces;
320     /* If we need randomisation in the solve, this is our random state. */
321     random_state *rs;
322     /* Number of solutions so far found, and maximum number we care about. */
323     int solns, maxsolns;
324 };
325
326 /*
327  * The real recursive step in the solving function.
328  */
329 static void rsolve_real(struct rsolve_usage *usage, digit *grid)
330 {
331     int c = usage->c, r = usage->r, cr = usage->cr;
332     int i, j, n, sx, sy, bestm, bestr;
333     int *digits;
334
335     /*
336      * Firstly, check for completion! If there are no spaces left
337      * in the grid, we have a solution.
338      */
339     if (usage->nspaces == 0) {
340         if (!usage->solns) {
341             /*
342              * This is our first solution, so fill in the output grid.
343              */
344             memcpy(grid, usage->grid, cr * cr);
345         }
346         usage->solns++;
347         return;
348     }
349
350     /*
351      * Otherwise, there must be at least one space. Find the most
352      * constrained space, using the `r' field as a tie-breaker.
353      */
354     bestm = cr+1;                      /* so that any space will beat it */
355     bestr = 0;
356     i = sx = sy = -1;
357     for (j = 0; j < usage->nspaces; j++) {
358         int x = usage->spaces[j].x, y = usage->spaces[j].y;
359         int m;
360
361         /*
362          * Find the number of digits that could go in this space.
363          */
364         m = 0;
365         for (n = 0; n < cr; n++)
366             if (!usage->row[y*cr+n] && !usage->col[x*cr+n] &&
367                 !usage->blk[((y/c)*c+(x/r))*cr+n])
368                 m++;
369
370         if (m < bestm || (m == bestm && usage->spaces[j].r < bestr)) {
371             bestm = m;
372             bestr = usage->spaces[j].r;
373             sx = x;
374             sy = y;
375             i = j;
376         }
377     }
378
379     /*
380      * Swap that square into the final place in the spaces array,
381      * so that decrementing nspaces will remove it from the list.
382      */
383     if (i != usage->nspaces-1) {
384         struct rsolve_coord t;
385         t = usage->spaces[usage->nspaces-1];
386         usage->spaces[usage->nspaces-1] = usage->spaces[i];
387         usage->spaces[i] = t;
388     }
389
390     /*
391      * Now we've decided which square to start our recursion at,
392      * simply go through all possible values, shuffling them
393      * randomly first if necessary.
394      */
395     digits = snewn(bestm, int);
396     j = 0;
397     for (n = 0; n < cr; n++)
398         if (!usage->row[sy*cr+n] && !usage->col[sx*cr+n] &&
399             !usage->blk[((sy/c)*c+(sx/r))*cr+n]) {
400             digits[j++] = n+1;
401         }
402
403     if (usage->rs) {
404         /* shuffle */
405         for (i = j; i > 1; i--) {
406             int p = random_upto(usage->rs, i);
407             if (p != i-1) {
408                 int t = digits[p];
409                 digits[p] = digits[i-1];
410                 digits[i-1] = t;
411             }
412         }
413     }
414
415     /* And finally, go through the digit list and actually recurse. */
416     for (i = 0; i < j; i++) {
417         n = digits[i];
418
419         /* Update the usage structure to reflect the placing of this digit. */
420         usage->row[sy*cr+n-1] = usage->col[sx*cr+n-1] =
421             usage->blk[((sy/c)*c+(sx/r))*cr+n-1] = TRUE;
422         usage->grid[sy*cr+sx] = n;
423         usage->nspaces--;
424
425         /* Call the solver recursively. */
426         rsolve_real(usage, grid);
427
428         /*
429          * If we have seen as many solutions as we need, terminate
430          * all processing immediately.
431          */
432         if (usage->solns >= usage->maxsolns)
433             break;
434
435         /* Revert the usage structure. */
436         usage->row[sy*cr+n-1] = usage->col[sx*cr+n-1] =
437             usage->blk[((sy/c)*c+(sx/r))*cr+n-1] = FALSE;
438         usage->grid[sy*cr+sx] = 0;
439         usage->nspaces++;
440     }
441
442     sfree(digits);
443 }
444
445 /*
446  * Entry point to solver. You give it dimensions and a starting
447  * grid, which is simply an array of N^4 digits. In that array, 0
448  * means an empty square, and 1..N mean a clue square.
449  *
450  * Return value is the number of solutions found; searching will
451  * stop after the provided `max'. (Thus, you can pass max==1 to
452  * indicate that you only care about finding _one_ solution, or
453  * max==2 to indicate that you want to know the difference between
454  * a unique and non-unique solution.) The input parameter `grid' is
455  * also filled in with the _first_ (or only) solution found by the
456  * solver.
457  */
458 static int rsolve(int c, int r, digit *grid, random_state *rs, int max)
459 {
460     struct rsolve_usage *usage;
461     int x, y, cr = c*r;
462     int ret;
463
464     /*
465      * Create an rsolve_usage structure.
466      */
467     usage = snew(struct rsolve_usage);
468
469     usage->c = c;
470     usage->r = r;
471     usage->cr = cr;
472
473     usage->grid = snewn(cr * cr, digit);
474     memcpy(usage->grid, grid, cr * cr);
475
476     usage->row = snewn(cr * cr, unsigned char);
477     usage->col = snewn(cr * cr, unsigned char);
478     usage->blk = snewn(cr * cr, unsigned char);
479     memset(usage->row, FALSE, cr * cr);
480     memset(usage->col, FALSE, cr * cr);
481     memset(usage->blk, FALSE, cr * cr);
482
483     usage->spaces = snewn(cr * cr, struct rsolve_coord);
484     usage->nspaces = 0;
485
486     usage->solns = 0;
487     usage->maxsolns = max;
488
489     usage->rs = rs;
490
491     /*
492      * Now fill it in with data from the input grid.
493      */
494     for (y = 0; y < cr; y++) {
495         for (x = 0; x < cr; x++) {
496             int v = grid[y*cr+x];
497             if (v == 0) {
498                 usage->spaces[usage->nspaces].x = x;
499                 usage->spaces[usage->nspaces].y = y;
500                 if (rs)
501                     usage->spaces[usage->nspaces].r = random_bits(rs, 31);
502                 else
503                     usage->spaces[usage->nspaces].r = usage->nspaces;
504                 usage->nspaces++;
505             } else {
506                 usage->row[y*cr+v-1] = TRUE;
507                 usage->col[x*cr+v-1] = TRUE;
508                 usage->blk[((y/c)*c+(x/r))*cr+v-1] = TRUE;
509             }
510         }
511     }
512
513     /*
514      * Run the real recursive solving function.
515      */
516     rsolve_real(usage, grid);
517     ret = usage->solns;
518
519     /*
520      * Clean up the usage structure now we have our answer.
521      */
522     sfree(usage->spaces);
523     sfree(usage->blk);
524     sfree(usage->col);
525     sfree(usage->row);
526     sfree(usage->grid);
527     sfree(usage);
528
529     /*
530      * And return.
531      */
532     return ret;
533 }
534
535 /* ----------------------------------------------------------------------
536  * End of recursive solver code.
537  */
538
539 /* ----------------------------------------------------------------------
540  * Less capable non-recursive solver. This one is used to check
541  * solubility of a grid as we gradually remove numbers from it: by
542  * verifying a grid using this solver we can ensure it isn't _too_
543  * hard (e.g. does not actually require guessing and backtracking).
544  *
545  * It supports a variety of specific modes of reasoning. By
546  * enabling or disabling subsets of these modes we can arrange a
547  * range of difficulty levels.
548  */
549
550 /*
551  * Modes of reasoning currently supported:
552  *
553  *  - Positional elimination: a number must go in a particular
554  *    square because all the other empty squares in a given
555  *    row/col/blk are ruled out.
556  *
557  *  - Numeric elimination: a square must have a particular number
558  *    in because all the other numbers that could go in it are
559  *    ruled out.
560  *
561  *  - Intersectional analysis: given two domains which overlap
562  *    (hence one must be a block, and the other can be a row or
563  *    col), if the possible locations for a particular number in
564  *    one of the domains can be narrowed down to the overlap, then
565  *    that number can be ruled out everywhere but the overlap in
566  *    the other domain too.
567  *
568  *  - Set elimination: if there is a subset of the empty squares
569  *    within a domain such that the union of the possible numbers
570  *    in that subset has the same size as the subset itself, then
571  *    those numbers can be ruled out everywhere else in the domain.
572  *    (For example, if there are five empty squares and the
573  *    possible numbers in each are 12, 23, 13, 134 and 1345, then
574  *    the first three empty squares form such a subset: the numbers
575  *    1, 2 and 3 _must_ be in those three squares in some
576  *    permutation, and hence we can deduce none of them can be in
577  *    the fourth or fifth squares.)
578  *     + You can also see this the other way round, concentrating
579  *       on numbers rather than squares: if there is a subset of
580  *       the unplaced numbers within a domain such that the union
581  *       of all their possible positions has the same size as the
582  *       subset itself, then all other numbers can be ruled out for
583  *       those positions. However, it turns out that this is
584  *       exactly equivalent to the first formulation at all times:
585  *       there is a 1-1 correspondence between suitable subsets of
586  *       the unplaced numbers and suitable subsets of the unfilled
587  *       places, found by taking the _complement_ of the union of
588  *       the numbers' possible positions (or the spaces' possible
589  *       contents).
590  */
591
592 /*
593  * Within this solver, I'm going to transform all y-coordinates by
594  * inverting the significance of the block number and the position
595  * within the block. That is, we will start with the top row of
596  * each block in order, then the second row of each block in order,
597  * etc.
598  * 
599  * This transformation has the enormous advantage that it means
600  * every row, column _and_ block is described by an arithmetic
601  * progression of coordinates within the cubic array, so that I can
602  * use the same very simple function to do blockwise, row-wise and
603  * column-wise elimination.
604  */
605 #define YTRANS(y) (((y)%c)*r+(y)/c)
606 #define YUNTRANS(y) (((y)%r)*c+(y)/r)
607
608 struct nsolve_usage {
609     int c, r, cr;
610     /*
611      * We set up a cubic array, indexed by x, y and digit; each
612      * element of this array is TRUE or FALSE according to whether
613      * or not that digit _could_ in principle go in that position.
614      *
615      * The way to index this array is cube[(x*cr+y)*cr+n-1].
616      * y-coordinates in here are transformed.
617      */
618     unsigned char *cube;
619     /*
620      * This is the grid in which we write down our final
621      * deductions. y-coordinates in here are _not_ transformed.
622      */
623     digit *grid;
624     /*
625      * Now we keep track, at a slightly higher level, of what we
626      * have yet to work out, to prevent doing the same deduction
627      * many times.
628      */
629     /* row[y*cr+n-1] TRUE if digit n has been placed in row y */
630     unsigned char *row;
631     /* col[x*cr+n-1] TRUE if digit n has been placed in row x */
632     unsigned char *col;
633     /* blk[(y*c+x)*cr+n-1] TRUE if digit n has been placed in block (x,y) */
634     unsigned char *blk;
635 };
636 #define cubepos(x,y,n) (((x)*usage->cr+(y))*usage->cr+(n)-1)
637 #define cube(x,y,n) (usage->cube[cubepos(x,y,n)])
638
639 /*
640  * Function called when we are certain that a particular square has
641  * a particular number in it. The y-coordinate passed in here is
642  * transformed.
643  */
644 static void nsolve_place(struct nsolve_usage *usage, int x, int y, int n)
645 {
646     int c = usage->c, r = usage->r, cr = usage->cr;
647     int i, j, bx, by;
648
649     assert(cube(x,y,n));
650
651     /*
652      * Rule out all other numbers in this square.
653      */
654     for (i = 1; i <= cr; i++)
655         if (i != n)
656             cube(x,y,i) = FALSE;
657
658     /*
659      * Rule out this number in all other positions in the row.
660      */
661     for (i = 0; i < cr; i++)
662         if (i != y)
663             cube(x,i,n) = FALSE;
664
665     /*
666      * Rule out this number in all other positions in the column.
667      */
668     for (i = 0; i < cr; i++)
669         if (i != x)
670             cube(i,y,n) = FALSE;
671
672     /*
673      * Rule out this number in all other positions in the block.
674      */
675     bx = (x/r)*r;
676     by = y % r;
677     for (i = 0; i < r; i++)
678         for (j = 0; j < c; j++)
679             if (bx+i != x || by+j*r != y)
680                 cube(bx+i,by+j*r,n) = FALSE;
681
682     /*
683      * Enter the number in the result grid.
684      */
685     usage->grid[YUNTRANS(y)*cr+x] = n;
686
687     /*
688      * Cross out this number from the list of numbers left to place
689      * in its row, its column and its block.
690      */
691     usage->row[y*cr+n-1] = usage->col[x*cr+n-1] =
692         usage->blk[((y%r)*c+(x/r))*cr+n-1] = TRUE;
693 }
694
695 static int nsolve_elim(struct nsolve_usage *usage, int start, int step
696 #ifdef STANDALONE_SOLVER
697                        , char *fmt, ...
698 #endif
699                        )
700 {
701     int c = usage->c, r = usage->r, cr = c*r;
702     int fpos, m, i;
703
704     /*
705      * Count the number of set bits within this section of the
706      * cube.
707      */
708     m = 0;
709     fpos = -1;
710     for (i = 0; i < cr; i++)
711         if (usage->cube[start+i*step]) {
712             fpos = start+i*step;
713             m++;
714         }
715
716     if (m == 1) {
717         int x, y, n;
718         assert(fpos >= 0);
719
720         n = 1 + fpos % cr;
721         y = fpos / cr;
722         x = y / cr;
723         y %= cr;
724
725         if (!usage->grid[YUNTRANS(y)*cr+x]) {
726 #ifdef STANDALONE_SOLVER
727             if (solver_show_working) {
728                 va_list ap;
729                 va_start(ap, fmt);
730                 vprintf(fmt, ap);
731                 va_end(ap);
732                 printf(":\n  placing %d at (%d,%d)\n",
733                        n, 1+x, 1+YUNTRANS(y));
734             }
735 #endif
736             nsolve_place(usage, x, y, n);
737             return TRUE;
738         }
739     }
740
741     return FALSE;
742 }
743
744 static int nsolve_intersect(struct nsolve_usage *usage,
745                             int start1, int step1, int start2, int step2
746 #ifdef STANDALONE_SOLVER
747                             , char *fmt, ...
748 #endif
749                             )
750 {
751     int c = usage->c, r = usage->r, cr = c*r;
752     int ret, i;
753
754     /*
755      * Loop over the first domain and see if there's any set bit
756      * not also in the second.
757      */
758     for (i = 0; i < cr; i++) {
759         int p = start1+i*step1;
760         if (usage->cube[p] &&
761             !(p >= start2 && p < start2+cr*step2 &&
762               (p - start2) % step2 == 0))
763             return FALSE;              /* there is, so we can't deduce */
764     }
765
766     /*
767      * We have determined that all set bits in the first domain are
768      * within its overlap with the second. So loop over the second
769      * domain and remove all set bits that aren't also in that
770      * overlap; return TRUE iff we actually _did_ anything.
771      */
772     ret = FALSE;
773     for (i = 0; i < cr; i++) {
774         int p = start2+i*step2;
775         if (usage->cube[p] &&
776             !(p >= start1 && p < start1+cr*step1 && (p - start1) % step1 == 0))
777         {
778 #ifdef STANDALONE_SOLVER
779             if (solver_show_working) {
780                 int px, py, pn;
781
782                 if (!ret) {
783                     va_list ap;
784                     va_start(ap, fmt);
785                     vprintf(fmt, ap);
786                     va_end(ap);
787                     printf(":\n");
788                 }
789
790                 pn = 1 + p % cr;
791                 py = p / cr;
792                 px = py / cr;
793                 py %= cr;
794
795                 printf("  ruling out %d at (%d,%d)\n",
796                        pn, 1+px, 1+YUNTRANS(py));
797             }
798 #endif
799             ret = TRUE;                /* we did something */
800             usage->cube[p] = 0;
801         }
802     }
803
804     return ret;
805 }
806
807 static int nsolve_set(struct nsolve_usage *usage,
808                       int start, int step1, int step2
809 #ifdef STANDALONE_SOLVER
810                       , char *fmt, ...
811 #endif
812                       )
813 {
814     int c = usage->c, r = usage->r, cr = c*r;
815     int i, j, n, count;
816     unsigned char *grid = snewn(cr*cr, unsigned char);
817     unsigned char *rowidx = snewn(cr, unsigned char);
818     unsigned char *colidx = snewn(cr, unsigned char);
819     unsigned char *set = snewn(cr, unsigned char);
820
821     /*
822      * We are passed a cr-by-cr matrix of booleans. Our first job
823      * is to winnow it by finding any definite placements - i.e.
824      * any row with a solitary 1 - and discarding that row and the
825      * column containing the 1.
826      */
827     memset(rowidx, TRUE, cr);
828     memset(colidx, TRUE, cr);
829     for (i = 0; i < cr; i++) {
830         int count = 0, first = -1;
831         for (j = 0; j < cr; j++)
832             if (usage->cube[start+i*step1+j*step2])
833                 first = j, count++;
834         if (count == 0) {
835             /*
836              * This condition actually marks a completely insoluble
837              * (i.e. internally inconsistent) puzzle. We return and
838              * report no progress made.
839              */
840             return FALSE;
841         }
842         if (count == 1)
843             rowidx[i] = colidx[first] = FALSE;
844     }
845
846     /*
847      * Convert each of rowidx/colidx from a list of 0s and 1s to a
848      * list of the indices of the 1s.
849      */
850     for (i = j = 0; i < cr; i++)
851         if (rowidx[i])
852             rowidx[j++] = i;
853     n = j;
854     for (i = j = 0; i < cr; i++)
855         if (colidx[i])
856             colidx[j++] = i;
857     assert(n == j);
858
859     /*
860      * And create the smaller matrix.
861      */
862     for (i = 0; i < n; i++)
863         for (j = 0; j < n; j++)
864             grid[i*cr+j] = usage->cube[start+rowidx[i]*step1+colidx[j]*step2];
865
866     /*
867      * Having done that, we now have a matrix in which every row
868      * has at least two 1s in. Now we search to see if we can find
869      * a rectangle of zeroes (in the set-theoretic sense of
870      * `rectangle', i.e. a subset of rows crossed with a subset of
871      * columns) whose width and height add up to n.
872      */
873
874     memset(set, 0, n);
875     count = 0;
876     while (1) {
877         /*
878          * We have a candidate set. If its size is <=1 or >=n-1
879          * then we move on immediately.
880          */
881         if (count > 1 && count < n-1) {
882             /*
883              * The number of rows we need is n-count. See if we can
884              * find that many rows which each have a zero in all
885              * the positions listed in `set'.
886              */
887             int rows = 0;
888             for (i = 0; i < n; i++) {
889                 int ok = TRUE;
890                 for (j = 0; j < n; j++)
891                     if (set[j] && grid[i*cr+j]) {
892                         ok = FALSE;
893                         break;
894                     }
895                 if (ok)
896                     rows++;
897             }
898
899             /*
900              * We expect never to be able to get _more_ than
901              * n-count suitable rows: this would imply that (for
902              * example) there are four numbers which between them
903              * have at most three possible positions, and hence it
904              * indicates a faulty deduction before this point or
905              * even a bogus clue.
906              */
907             assert(rows <= n - count);
908             if (rows >= n - count) {
909                 int progress = FALSE;
910
911                 /*
912                  * We've got one! Now, for each row which _doesn't_
913                  * satisfy the criterion, eliminate all its set
914                  * bits in the positions _not_ listed in `set'.
915                  * Return TRUE (meaning progress has been made) if
916                  * we successfully eliminated anything at all.
917                  * 
918                  * This involves referring back through
919                  * rowidx/colidx in order to work out which actual
920                  * positions in the cube to meddle with.
921                  */
922                 for (i = 0; i < n; i++) {
923                     int ok = TRUE;
924                     for (j = 0; j < n; j++)
925                         if (set[j] && grid[i*cr+j]) {
926                             ok = FALSE;
927                             break;
928                         }
929                     if (!ok) {
930                         for (j = 0; j < n; j++)
931                             if (!set[j] && grid[i*cr+j]) {
932                                 int fpos = (start+rowidx[i]*step1+
933                                             colidx[j]*step2);
934 #ifdef STANDALONE_SOLVER
935                                 if (solver_show_working) {
936                                     int px, py, pn;
937                                     
938                                     if (!progress) {
939                                         va_list ap;
940                                         va_start(ap, fmt);
941                                         vprintf(fmt, ap);
942                                         va_end(ap);
943                                         printf(":\n");
944                                     }
945
946                                     pn = 1 + fpos % cr;
947                                     py = fpos / cr;
948                                     px = py / cr;
949                                     py %= cr;
950
951                                     printf("  ruling out %d at (%d,%d)\n",
952                                            pn, 1+px, 1+YUNTRANS(py));
953                                 }
954 #endif
955                                 progress = TRUE;
956                                 usage->cube[fpos] = FALSE;
957                             }
958                     }
959                 }
960
961                 if (progress) {
962                     sfree(set);
963                     sfree(colidx);
964                     sfree(rowidx);
965                     sfree(grid);
966                     return TRUE;
967                 }
968             }
969         }
970
971         /*
972          * Binary increment: change the rightmost 0 to a 1, and
973          * change all 1s to the right of it to 0s.
974          */
975         i = n;
976         while (i > 0 && set[i-1])
977             set[--i] = 0, count--;
978         if (i > 0)
979             set[--i] = 1, count++;
980         else
981             break;                     /* done */
982     }
983
984     sfree(set);
985     sfree(colidx);
986     sfree(rowidx);
987     sfree(grid);
988
989     return FALSE;
990 }
991
992 static int nsolve(int c, int r, digit *grid)
993 {
994     struct nsolve_usage *usage;
995     int cr = c*r;
996     int x, y, n;
997     int diff = DIFF_BLOCK;
998
999     /*
1000      * Set up a usage structure as a clean slate (everything
1001      * possible).
1002      */
1003     usage = snew(struct nsolve_usage);
1004     usage->c = c;
1005     usage->r = r;
1006     usage->cr = cr;
1007     usage->cube = snewn(cr*cr*cr, unsigned char);
1008     usage->grid = grid;                /* write straight back to the input */
1009     memset(usage->cube, TRUE, cr*cr*cr);
1010
1011     usage->row = snewn(cr * cr, unsigned char);
1012     usage->col = snewn(cr * cr, unsigned char);
1013     usage->blk = snewn(cr * cr, unsigned char);
1014     memset(usage->row, FALSE, cr * cr);
1015     memset(usage->col, FALSE, cr * cr);
1016     memset(usage->blk, FALSE, cr * cr);
1017
1018     /*
1019      * Place all the clue numbers we are given.
1020      */
1021     for (x = 0; x < cr; x++)
1022         for (y = 0; y < cr; y++)
1023             if (grid[y*cr+x])
1024                 nsolve_place(usage, x, YTRANS(y), grid[y*cr+x]);
1025
1026     /*
1027      * Now loop over the grid repeatedly trying all permitted modes
1028      * of reasoning. The loop terminates if we complete an
1029      * iteration without making any progress; we then return
1030      * failure or success depending on whether the grid is full or
1031      * not.
1032      */
1033     while (1) {
1034         /*
1035          * I'd like to write `continue;' inside each of the
1036          * following loops, so that the solver returns here after
1037          * making some progress. However, I can't specify that I
1038          * want to continue an outer loop rather than the innermost
1039          * one, so I'm apologetically resorting to a goto.
1040          */
1041         cont:
1042
1043         /*
1044          * Blockwise positional elimination.
1045          */
1046         for (x = 0; x < cr; x += r)
1047             for (y = 0; y < r; y++)
1048                 for (n = 1; n <= cr; n++)
1049                     if (!usage->blk[(y*c+(x/r))*cr+n-1] &&
1050                         nsolve_elim(usage, cubepos(x,y,n), r*cr
1051 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1052                                     , "positional elimination,"
1053                                     " block (%d,%d)", 1+x/r, 1+y
1054 #endif
1055                                     )) {
1056                         diff = max(diff, DIFF_BLOCK);
1057                         goto cont;
1058                     }
1059
1060         /*
1061          * Row-wise positional elimination.
1062          */
1063         for (y = 0; y < cr; y++)
1064             for (n = 1; n <= cr; n++)
1065                 if (!usage->row[y*cr+n-1] &&
1066                     nsolve_elim(usage, cubepos(0,y,n), cr*cr
1067 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1068                                 , "positional elimination,"
1069                                 " row %d", 1+YUNTRANS(y)
1070 #endif
1071                                 )) {
1072                     diff = max(diff, DIFF_SIMPLE);
1073                     goto cont;
1074                 }
1075         /*
1076          * Column-wise positional elimination.
1077          */
1078         for (x = 0; x < cr; x++)
1079             for (n = 1; n <= cr; n++)
1080                 if (!usage->col[x*cr+n-1] &&
1081                     nsolve_elim(usage, cubepos(x,0,n), cr
1082 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1083                                 , "positional elimination," " column %d", 1+x
1084 #endif
1085                                 )) {
1086                     diff = max(diff, DIFF_SIMPLE);
1087                     goto cont;
1088                 }
1089
1090         /*
1091          * Numeric elimination.
1092          */
1093         for (x = 0; x < cr; x++)
1094             for (y = 0; y < cr; y++)
1095                 if (!usage->grid[YUNTRANS(y)*cr+x] &&
1096                     nsolve_elim(usage, cubepos(x,y,1), 1
1097 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1098                                 , "numeric elimination at (%d,%d)", 1+x,
1099                                 1+YUNTRANS(y)
1100 #endif
1101                                 )) {
1102                     diff = max(diff, DIFF_SIMPLE);
1103                     goto cont;
1104                 }
1105
1106         /*
1107          * Intersectional analysis, rows vs blocks.
1108          */
1109         for (y = 0; y < cr; y++)
1110             for (x = 0; x < cr; x += r)
1111                 for (n = 1; n <= cr; n++)
1112                     if (!usage->row[y*cr+n-1] &&
1113                         !usage->blk[((y%r)*c+(x/r))*cr+n-1] &&
1114                         (nsolve_intersect(usage, cubepos(0,y,n), cr*cr,
1115                                           cubepos(x,y%r,n), r*cr
1116 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1117                                           , "intersectional analysis,"
1118                                           " row %d vs block (%d,%d)",
1119                                           1+YUNTRANS(y), 1+x/r, 1+y%r
1120 #endif
1121                                           ) ||
1122                          nsolve_intersect(usage, cubepos(x,y%r,n), r*cr,
1123                                           cubepos(0,y,n), cr*cr
1124 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1125                                           , "intersectional analysis,"
1126                                           " block (%d,%d) vs row %d",
1127                                           1+x/r, 1+y%r, 1+YUNTRANS(y)
1128 #endif
1129                                           ))) {
1130                         diff = max(diff, DIFF_INTERSECT);
1131                         goto cont;
1132                     }
1133
1134         /*
1135          * Intersectional analysis, columns vs blocks.
1136          */
1137         for (x = 0; x < cr; x++)
1138             for (y = 0; y < r; y++)
1139                 for (n = 1; n <= cr; n++)
1140                     if (!usage->col[x*cr+n-1] &&
1141                         !usage->blk[(y*c+(x/r))*cr+n-1] &&
1142                         (nsolve_intersect(usage, cubepos(x,0,n), cr,
1143                                           cubepos((x/r)*r,y,n), r*cr
1144 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1145                                           , "intersectional analysis,"
1146                                           " column %d vs block (%d,%d)",
1147                                           1+x, 1+x/r, 1+y
1148 #endif
1149                                           ) ||
1150                          nsolve_intersect(usage, cubepos((x/r)*r,y,n), r*cr,
1151                                           cubepos(x,0,n), cr
1152 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1153                                           , "intersectional analysis,"
1154                                           " block (%d,%d) vs column %d",
1155                                           1+x/r, 1+y, 1+x
1156 #endif
1157                                           ))) {
1158                         diff = max(diff, DIFF_INTERSECT);
1159                         goto cont;
1160                     }
1161
1162         /*
1163          * Blockwise set elimination.
1164          */
1165         for (x = 0; x < cr; x += r)
1166             for (y = 0; y < r; y++)
1167                 if (nsolve_set(usage, cubepos(x,y,1), r*cr, 1
1168 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1169                                , "set elimination, block (%d,%d)", 1+x/r, 1+y
1170 #endif
1171                                )) {
1172                     diff = max(diff, DIFF_SET);
1173                     goto cont;
1174                 }
1175
1176         /*
1177          * Row-wise set elimination.
1178          */
1179         for (y = 0; y < cr; y++)
1180             if (nsolve_set(usage, cubepos(0,y,1), cr*cr, 1
1181 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1182                            , "set elimination, row %d", 1+YUNTRANS(y)
1183 #endif
1184                            )) {
1185                 diff = max(diff, DIFF_SET);
1186                 goto cont;
1187             }
1188
1189         /*
1190          * Column-wise set elimination.
1191          */
1192         for (x = 0; x < cr; x++)
1193             if (nsolve_set(usage, cubepos(x,0,1), cr, 1
1194 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1195                            , "set elimination, column %d", 1+x
1196 #endif
1197                            )) {
1198                 diff = max(diff, DIFF_SET);
1199                 goto cont;
1200             }
1201
1202         /*
1203          * If we reach here, we have made no deductions in this
1204          * iteration, so the algorithm terminates.
1205          */
1206         break;
1207     }
1208
1209     sfree(usage->cube);
1210     sfree(usage->row);
1211     sfree(usage->col);
1212     sfree(usage->blk);
1213     sfree(usage);
1214
1215     for (x = 0; x < cr; x++)
1216         for (y = 0; y < cr; y++)
1217             if (!grid[y*cr+x])
1218                 return DIFF_IMPOSSIBLE;
1219     return diff;
1220 }
1221
1222 /* ----------------------------------------------------------------------
1223  * End of non-recursive solver code.
1224  */
1225
1226 /*
1227  * Check whether a grid contains a valid complete puzzle.
1228  */
1229 static int check_valid(int c, int r, digit *grid)
1230 {
1231     int cr = c*r;
1232     unsigned char *used;
1233     int x, y, n;
1234
1235     used = snewn(cr, unsigned char);
1236
1237     /*
1238      * Check that each row contains precisely one of everything.
1239      */
1240     for (y = 0; y < cr; y++) {
1241         memset(used, FALSE, cr);
1242         for (x = 0; x < cr; x++)
1243             if (grid[y*cr+x] > 0 && grid[y*cr+x] <= cr)
1244                 used[grid[y*cr+x]-1] = TRUE;
1245         for (n = 0; n < cr; n++)
1246             if (!used[n]) {
1247                 sfree(used);
1248                 return FALSE;
1249             }
1250     }
1251
1252     /*
1253      * Check that each column contains precisely one of everything.
1254      */
1255     for (x = 0; x < cr; x++) {
1256         memset(used, FALSE, cr);
1257         for (y = 0; y < cr; y++)
1258             if (grid[y*cr+x] > 0 && grid[y*cr+x] <= cr)
1259                 used[grid[y*cr+x]-1] = TRUE;
1260         for (n = 0; n < cr; n++)
1261             if (!used[n]) {
1262                 sfree(used);
1263                 return FALSE;
1264             }
1265     }
1266
1267     /*
1268      * Check that each block contains precisely one of everything.
1269      */
1270     for (x = 0; x < cr; x += r) {
1271         for (y = 0; y < cr; y += c) {
1272             int xx, yy;
1273             memset(used, FALSE, cr);
1274             for (xx = x; xx < x+r; xx++)
1275                 for (yy = 0; yy < y+c; yy++)
1276                     if (grid[yy*cr+xx] > 0 && grid[yy*cr+xx] <= cr)
1277                         used[grid[yy*cr+xx]-1] = TRUE;
1278             for (n = 0; n < cr; n++)
1279                 if (!used[n]) {
1280                     sfree(used);
1281                     return FALSE;
1282                 }
1283         }
1284     }
1285
1286     sfree(used);
1287     return TRUE;
1288 }
1289
1290 static void symmetry_limit(game_params *params, int *xlim, int *ylim, int s)
1291 {
1292     int c = params->c, r = params->r, cr = c*r;
1293
1294     switch (s) {
1295       case SYMM_NONE:
1296         *xlim = *ylim = cr;
1297         break;
1298       case SYMM_ROT2:
1299         *xlim = (cr+1) / 2;
1300         *ylim = cr;
1301         break;
1302       case SYMM_REF4:
1303       case SYMM_ROT4:
1304         *xlim = *ylim = (cr+1) / 2;
1305         break;
1306     }
1307 }
1308
1309 static int symmetries(game_params *params, int x, int y, int *output, int s)
1310 {
1311     int c = params->c, r = params->r, cr = c*r;
1312     int i = 0;
1313
1314     *output++ = x;
1315     *output++ = y;
1316     i++;
1317
1318     switch (s) {
1319       case SYMM_NONE:
1320         break;                         /* just x,y is all we need */
1321       case SYMM_REF4:
1322       case SYMM_ROT4:
1323         switch (s) {
1324           case SYMM_REF4:
1325             *output++ = cr - 1 - x;
1326             *output++ = y;
1327             i++;
1328
1329             *output++ = x;
1330             *output++ = cr - 1 - y;
1331             i++;
1332             break;
1333           case SYMM_ROT4:
1334             *output++ = cr - 1 - y;
1335             *output++ = x;
1336             i++;
1337
1338             *output++ = y;
1339             *output++ = cr - 1 - x;
1340             i++;
1341             break;
1342         }
1343         /* fall through */
1344       case SYMM_ROT2:
1345         *output++ = cr - 1 - x;
1346         *output++ = cr - 1 - y;
1347         i++;
1348         break;
1349     }
1350
1351     return i;
1352 }
1353
1354 static char *new_game_seed(game_params *params, random_state *rs)
1355 {
1356     int c = params->c, r = params->r, cr = c*r;
1357     int area = cr*cr;
1358     digit *grid, *grid2;
1359     struct xy { int x, y; } *locs;
1360     int nlocs;
1361     int ret;
1362     char *seed;
1363     int coords[16], ncoords;
1364     int xlim, ylim;
1365     int maxdiff;
1366
1367     /*
1368      * Adjust the maximum difficulty level to be consistent with
1369      * the puzzle size: all 2x2 puzzles appear to be Trivial
1370      * (DIFF_BLOCK) so we cannot hold out for even a Basic
1371      * (DIFF_SIMPLE) one.
1372      */
1373     maxdiff = params->diff;
1374     if (c == 2 && r == 2)
1375         maxdiff = DIFF_BLOCK;
1376
1377     grid = snewn(area, digit);
1378     locs = snewn(area, struct xy);
1379     grid2 = snewn(area, digit);
1380
1381     /*
1382      * Loop until we get a grid of the required difficulty. This is
1383      * nasty, but it seems to be unpleasantly hard to generate
1384      * difficult grids otherwise.
1385      */
1386     do {
1387         /*
1388          * Start the recursive solver with an empty grid to generate a
1389          * random solved state.
1390          */
1391         memset(grid, 0, area);
1392         ret = rsolve(c, r, grid, rs, 1);
1393         assert(ret == 1);
1394         assert(check_valid(c, r, grid));
1395
1396         /*
1397          * Now we have a solved grid, start removing things from it
1398          * while preserving solubility.
1399          */
1400         symmetry_limit(params, &xlim, &ylim, params->symm);
1401         while (1) {
1402             int x, y, i, j;
1403
1404             /*
1405              * Iterate over the grid and enumerate all the filled
1406              * squares we could empty.
1407              */
1408             nlocs = 0;
1409
1410             for (x = 0; x < xlim; x++)
1411                 for (y = 0; y < ylim; y++)
1412                     if (grid[y*cr+x]) {
1413                         locs[nlocs].x = x;
1414                         locs[nlocs].y = y;
1415                         nlocs++;
1416                     }
1417
1418             /*
1419              * Now shuffle that list.
1420              */
1421             for (i = nlocs; i > 1; i--) {
1422                 int p = random_upto(rs, i);
1423                 if (p != i-1) {
1424                     struct xy t = locs[p];
1425                     locs[p] = locs[i-1];
1426                     locs[i-1] = t;
1427                 }
1428             }
1429
1430             /*
1431              * Now loop over the shuffled list and, for each element,
1432              * see whether removing that element (and its reflections)
1433              * from the grid will still leave the grid soluble by
1434              * nsolve.
1435              */
1436             for (i = 0; i < nlocs; i++) {
1437                 x = locs[i].x;
1438                 y = locs[i].y;
1439
1440                 memcpy(grid2, grid, area);
1441                 ncoords = symmetries(params, x, y, coords, params->symm);
1442                 for (j = 0; j < ncoords; j++)
1443                     grid2[coords[2*j+1]*cr+coords[2*j]] = 0;
1444
1445                 if (nsolve(c, r, grid2) <= maxdiff) {
1446                     for (j = 0; j < ncoords; j++)
1447                         grid[coords[2*j+1]*cr+coords[2*j]] = 0;
1448                     break;
1449                 }
1450             }
1451
1452             if (i == nlocs) {
1453                 /*
1454                  * There was nothing we could remove without destroying
1455                  * solvability.
1456                  */
1457                 break;
1458             }
1459         }
1460
1461         memcpy(grid2, grid, area);
1462     } while (nsolve(c, r, grid2) != maxdiff);
1463
1464     sfree(grid2);
1465     sfree(locs);
1466
1467     /*
1468      * Now we have the grid as it will be presented to the user.
1469      * Encode it in a game seed.
1470      */
1471     {
1472         char *p;
1473         int run, i;
1474
1475         seed = snewn(5 * area, char);
1476         p = seed;
1477         run = 0;
1478         for (i = 0; i <= area; i++) {
1479             int n = (i < area ? grid[i] : -1);
1480
1481             if (!n)
1482                 run++;
1483             else {
1484                 if (run) {
1485                     while (run > 0) {
1486                         int c = 'a' - 1 + run;
1487                         if (run > 26)
1488                             c = 'z';
1489                         *p++ = c;
1490                         run -= c - ('a' - 1);
1491                     }
1492                 } else {
1493                     /*
1494                      * If there's a number in the very top left or
1495                      * bottom right, there's no point putting an
1496                      * unnecessary _ before or after it.
1497                      */
1498                     if (p > seed && n > 0)
1499                         *p++ = '_';
1500                 }
1501                 if (n > 0)
1502                     p += sprintf(p, "%d", n);
1503                 run = 0;
1504             }
1505         }
1506         assert(p - seed < 5 * area);
1507         *p++ = '\0';
1508         seed = sresize(seed, p - seed, char);
1509     }
1510
1511     sfree(grid);
1512
1513     return seed;
1514 }
1515
1516 static char *validate_seed(game_params *params, char *seed)
1517 {
1518     int area = params->r * params->r * params->c * params->c;
1519     int squares = 0;
1520
1521     while (*seed) {
1522         int n = *seed++;
1523         if (n >= 'a' && n <= 'z') {
1524             squares += n - 'a' + 1;
1525         } else if (n == '_') {
1526             /* do nothing */;
1527         } else if (n > '0' && n <= '9') {
1528             squares++;
1529             while (*seed >= '0' && *seed <= '9')
1530                 seed++;
1531         } else
1532             return "Invalid character in game specification";
1533     }
1534
1535     if (squares < area)
1536         return "Not enough data to fill grid";
1537
1538     if (squares > area)
1539         return "Too much data to fit in grid";
1540
1541     return NULL;
1542 }
1543
1544 static game_state *new_game(game_params *params, char *seed)
1545 {
1546     game_state *state = snew(game_state);
1547     int c = params->c, r = params->r, cr = c*r, area = cr * cr;
1548     int i;
1549
1550     state->c = params->c;
1551     state->r = params->r;
1552
1553     state->grid = snewn(area, digit);
1554     state->immutable = snewn(area, unsigned char);
1555     memset(state->immutable, FALSE, area);
1556
1557     state->completed = FALSE;
1558
1559     i = 0;
1560     while (*seed) {
1561         int n = *seed++;
1562         if (n >= 'a' && n <= 'z') {
1563             int run = n - 'a' + 1;
1564             assert(i + run <= area);
1565             while (run-- > 0)
1566                 state->grid[i++] = 0;
1567         } else if (n == '_') {
1568             /* do nothing */;
1569         } else if (n > '0' && n <= '9') {
1570             assert(i < area);
1571             state->immutable[i] = TRUE;
1572             state->grid[i++] = atoi(seed-1);
1573             while (*seed >= '0' && *seed <= '9')
1574                 seed++;
1575         } else {
1576             assert(!"We can't get here");
1577         }
1578     }
1579     assert(i == area);
1580
1581     return state;
1582 }
1583
1584 static game_state *dup_game(game_state *state)
1585 {
1586     game_state *ret = snew(game_state);
1587     int c = state->c, r = state->r, cr = c*r, area = cr * cr;
1588
1589     ret->c = state->c;
1590     ret->r = state->r;
1591
1592     ret->grid = snewn(area, digit);
1593     memcpy(ret->grid, state->grid, area);
1594
1595     ret->immutable = snewn(area, unsigned char);
1596     memcpy(ret->immutable, state->immutable, area);
1597
1598     ret->completed = state->completed;
1599
1600     return ret;
1601 }
1602
1603 static void free_game(game_state *state)
1604 {
1605     sfree(state->immutable);
1606     sfree(state->grid);
1607     sfree(state);
1608 }
1609
1610 struct game_ui {
1611     /*
1612      * These are the coordinates of the currently highlighted
1613      * square on the grid, or -1,-1 if there isn't one. When there
1614      * is, pressing a valid number or letter key or Space will
1615      * enter that number or letter in the grid.
1616      */
1617     int hx, hy;
1618 };
1619
1620 static game_ui *new_ui(game_state *state)
1621 {
1622     game_ui *ui = snew(game_ui);
1623
1624     ui->hx = ui->hy = -1;
1625
1626     return ui;
1627 }
1628
1629 static void free_ui(game_ui *ui)
1630 {
1631     sfree(ui);
1632 }
1633
1634 static game_state *make_move(game_state *from, game_ui *ui, int x, int y,
1635                              int button)
1636 {
1637     int c = from->c, r = from->r, cr = c*r;
1638     int tx, ty;
1639     game_state *ret;
1640
1641     tx = (x + TILE_SIZE - BORDER) / TILE_SIZE - 1;
1642     ty = (y + TILE_SIZE - BORDER) / TILE_SIZE - 1;
1643
1644     if (tx >= 0 && tx < cr && ty >= 0 && ty < cr && button == LEFT_BUTTON) {
1645         if (tx == ui->hx && ty == ui->hy) {
1646             ui->hx = ui->hy = -1;
1647         } else {
1648             ui->hx = tx;
1649             ui->hy = ty;
1650         }
1651         return from;                   /* UI activity occurred */
1652     }
1653
1654     if (ui->hx != -1 && ui->hy != -1 &&
1655         ((button >= '1' && button <= '9' && button - '0' <= cr) ||
1656          (button >= 'a' && button <= 'z' && button - 'a' + 10 <= cr) ||
1657          (button >= 'A' && button <= 'Z' && button - 'A' + 10 <= cr) ||
1658          button == ' ')) {
1659         int n = button - '0';
1660         if (button >= 'A' && button <= 'Z')
1661             n = button - 'A' + 10;
1662         if (button >= 'a' && button <= 'z')
1663             n = button - 'a' + 10;
1664         if (button == ' ')
1665             n = 0;
1666
1667         if (from->immutable[ui->hy*cr+ui->hx])
1668             return NULL;               /* can't overwrite this square */
1669
1670         ret = dup_game(from);
1671         ret->grid[ui->hy*cr+ui->hx] = n;
1672         ui->hx = ui->hy = -1;
1673
1674         /*
1675          * We've made a real change to the grid. Check to see
1676          * if the game has been completed.
1677          */
1678         if (!ret->completed && check_valid(c, r, ret->grid)) {
1679             ret->completed = TRUE;
1680         }
1681
1682         return ret;                    /* made a valid move */
1683     }
1684
1685     return NULL;
1686 }
1687
1688 /* ----------------------------------------------------------------------
1689  * Drawing routines.
1690  */
1691
1692 struct game_drawstate {
1693     int started;
1694     int c, r, cr;
1695     digit *grid;
1696     unsigned char *hl;
1697 };
1698
1699 #define XSIZE(cr) ((cr) * TILE_SIZE + 2*BORDER + 1)
1700 #define YSIZE(cr) ((cr) * TILE_SIZE + 2*BORDER + 1)
1701
1702 static void game_size(game_params *params, int *x, int *y)
1703 {
1704     int c = params->c, r = params->r, cr = c*r;
1705
1706     *x = XSIZE(cr);
1707     *y = YSIZE(cr);
1708 }
1709
1710 static float *game_colours(frontend *fe, game_state *state, int *ncolours)
1711 {
1712     float *ret = snewn(3 * NCOLOURS, float);
1713
1714     frontend_default_colour(fe, &ret[COL_BACKGROUND * 3]);
1715
1716     ret[COL_GRID * 3 + 0] = 0.0F;
1717     ret[COL_GRID * 3 + 1] = 0.0F;
1718     ret[COL_GRID * 3 + 2] = 0.0F;
1719
1720     ret[COL_CLUE * 3 + 0] = 0.0F;
1721     ret[COL_CLUE * 3 + 1] = 0.0F;
1722     ret[COL_CLUE * 3 + 2] = 0.0F;
1723
1724     ret[COL_USER * 3 + 0] = 0.0F;
1725     ret[COL_USER * 3 + 1] = 0.6F * ret[COL_BACKGROUND * 3 + 1];
1726     ret[COL_USER * 3 + 2] = 0.0F;
1727
1728     ret[COL_HIGHLIGHT * 3 + 0] = 0.85F * ret[COL_BACKGROUND * 3 + 0];
1729     ret[COL_HIGHLIGHT * 3 + 1] = 0.85F * ret[COL_BACKGROUND * 3 + 1];
1730     ret[COL_HIGHLIGHT * 3 + 2] = 0.85F * ret[COL_BACKGROUND * 3 + 2];
1731
1732     *ncolours = NCOLOURS;
1733     return ret;
1734 }
1735
1736 static game_drawstate *game_new_drawstate(game_state *state)
1737 {
1738     struct game_drawstate *ds = snew(struct game_drawstate);
1739     int c = state->c, r = state->r, cr = c*r;
1740
1741     ds->started = FALSE;
1742     ds->c = c;
1743     ds->r = r;
1744     ds->cr = cr;
1745     ds->grid = snewn(cr*cr, digit);
1746     memset(ds->grid, 0, cr*cr);
1747     ds->hl = snewn(cr*cr, unsigned char);
1748     memset(ds->hl, 0, cr*cr);
1749
1750     return ds;
1751 }
1752
1753 static void game_free_drawstate(game_drawstate *ds)
1754 {
1755     sfree(ds->hl);
1756     sfree(ds->grid);
1757     sfree(ds);
1758 }
1759
1760 static void draw_number(frontend *fe, game_drawstate *ds, game_state *state,
1761                         int x, int y, int hl)
1762 {
1763     int c = state->c, r = state->r, cr = c*r;
1764     int tx, ty;
1765     int cx, cy, cw, ch;
1766     char str[2];
1767
1768     if (ds->grid[y*cr+x] == state->grid[y*cr+x] && ds->hl[y*cr+x] == hl)
1769         return;                        /* no change required */
1770
1771     tx = BORDER + x * TILE_SIZE + 2;
1772     ty = BORDER + y * TILE_SIZE + 2;
1773
1774     cx = tx;
1775     cy = ty;
1776     cw = TILE_SIZE-3;
1777     ch = TILE_SIZE-3;
1778
1779     if (x % r)
1780         cx--, cw++;
1781     if ((x+1) % r)
1782         cw++;
1783     if (y % c)
1784         cy--, ch++;
1785     if ((y+1) % c)
1786         ch++;
1787
1788     clip(fe, cx, cy, cw, ch);
1789
1790     /* background needs erasing? */
1791     if (ds->grid[y*cr+x] || ds->hl[y*cr+x] != hl)
1792         draw_rect(fe, cx, cy, cw, ch, hl ? COL_HIGHLIGHT : COL_BACKGROUND);
1793
1794     /* new number needs drawing? */
1795     if (state->grid[y*cr+x]) {
1796         str[1] = '\0';
1797         str[0] = state->grid[y*cr+x] + '0';
1798         if (str[0] > '9')
1799             str[0] += 'a' - ('9'+1);
1800         draw_text(fe, tx + TILE_SIZE/2, ty + TILE_SIZE/2,
1801                   FONT_VARIABLE, TILE_SIZE/2, ALIGN_VCENTRE | ALIGN_HCENTRE,
1802                   state->immutable[y*cr+x] ? COL_CLUE : COL_USER, str);
1803     }
1804
1805     unclip(fe);
1806
1807     draw_update(fe, cx, cy, cw, ch);
1808
1809     ds->grid[y*cr+x] = state->grid[y*cr+x];
1810     ds->hl[y*cr+x] = hl;
1811 }
1812
1813 static void game_redraw(frontend *fe, game_drawstate *ds, game_state *oldstate,
1814                         game_state *state, int dir, game_ui *ui,
1815                         float animtime, float flashtime)
1816 {
1817     int c = state->c, r = state->r, cr = c*r;
1818     int x, y;
1819
1820     if (!ds->started) {
1821         /*
1822          * The initial contents of the window are not guaranteed
1823          * and can vary with front ends. To be on the safe side,
1824          * all games should start by drawing a big
1825          * background-colour rectangle covering the whole window.
1826          */
1827         draw_rect(fe, 0, 0, XSIZE(cr), YSIZE(cr), COL_BACKGROUND);
1828
1829         /*
1830          * Draw the grid.
1831          */
1832         for (x = 0; x <= cr; x++) {
1833             int thick = (x % r ? 0 : 1);
1834             draw_rect(fe, BORDER + x*TILE_SIZE - thick, BORDER-1,
1835                       1+2*thick, cr*TILE_SIZE+3, COL_GRID);
1836         }
1837         for (y = 0; y <= cr; y++) {
1838             int thick = (y % c ? 0 : 1);
1839             draw_rect(fe, BORDER-1, BORDER + y*TILE_SIZE - thick,
1840                       cr*TILE_SIZE+3, 1+2*thick, COL_GRID);
1841         }
1842     }
1843
1844     /*
1845      * Draw any numbers which need redrawing.
1846      */
1847     for (x = 0; x < cr; x++) {
1848         for (y = 0; y < cr; y++) {
1849             draw_number(fe, ds, state, x, y,
1850                         (x == ui->hx && y == ui->hy) ||
1851                         (flashtime > 0 &&
1852                          (flashtime <= FLASH_TIME/3 ||
1853                           flashtime >= FLASH_TIME*2/3)));
1854         }
1855     }
1856
1857     /*
1858      * Update the _entire_ grid if necessary.
1859      */
1860     if (!ds->started) {
1861         draw_update(fe, 0, 0, XSIZE(cr), YSIZE(cr));
1862         ds->started = TRUE;
1863     }
1864 }
1865
1866 static float game_anim_length(game_state *oldstate, game_state *newstate,
1867                               int dir)
1868 {
1869     return 0.0F;
1870 }
1871
1872 static float game_flash_length(game_state *oldstate, game_state *newstate,
1873                                int dir)
1874 {
1875     if (!oldstate->completed && newstate->completed)
1876         return FLASH_TIME;
1877     return 0.0F;
1878 }
1879
1880 static int game_wants_statusbar(void)
1881 {
1882     return FALSE;
1883 }
1884
1885 #ifdef COMBINED
1886 #define thegame solo
1887 #endif
1888
1889 const struct game thegame = {
1890     "Solo", "games.solo",
1891     default_params,
1892     game_fetch_preset,
1893     decode_params,
1894     encode_params,
1895     free_params,
1896     dup_params,
1897     TRUE, game_configure, custom_params,
1898     validate_params,
1899     new_game_seed,
1900     validate_seed,
1901     new_game,
1902     dup_game,
1903     free_game,
1904     new_ui,
1905     free_ui,
1906     make_move,
1907     game_size,
1908     game_colours,
1909     game_new_drawstate,
1910     game_free_drawstate,
1911     game_redraw,
1912     game_anim_length,
1913     game_flash_length,
1914     game_wants_statusbar,
1915 };
1916
1917 #ifdef STANDALONE_SOLVER
1918
1919 /*
1920  * gcc -DSTANDALONE_SOLVER -o solosolver solo.c malloc.c
1921  */
1922
1923 void frontend_default_colour(frontend *fe, float *output) {}
1924 void draw_text(frontend *fe, int x, int y, int fonttype, int fontsize,
1925                int align, int colour, char *text) {}
1926 void draw_rect(frontend *fe, int x, int y, int w, int h, int colour) {}
1927 void draw_line(frontend *fe, int x1, int y1, int x2, int y2, int colour) {}
1928 void draw_polygon(frontend *fe, int *coords, int npoints,
1929                   int fill, int colour) {}
1930 void clip(frontend *fe, int x, int y, int w, int h) {}
1931 void unclip(frontend *fe) {}
1932 void start_draw(frontend *fe) {}
1933 void draw_update(frontend *fe, int x, int y, int w, int h) {}
1934 void end_draw(frontend *fe) {}
1935 unsigned long random_bits(random_state *state, int bits)
1936 { assert(!"Shouldn't get randomness"); return 0; }
1937 unsigned long random_upto(random_state *state, unsigned long limit)
1938 { assert(!"Shouldn't get randomness"); return 0; }
1939
1940 void fatal(char *fmt, ...)
1941 {
1942     va_list ap;
1943
1944     fprintf(stderr, "fatal error: ");
1945
1946     va_start(ap, fmt);
1947     vfprintf(stderr, fmt, ap);
1948     va_end(ap);
1949
1950     fprintf(stderr, "\n");
1951     exit(1);
1952 }
1953
1954 int main(int argc, char **argv)
1955 {
1956     game_params *p;
1957     game_state *s;
1958     int recurse = TRUE;
1959     char *id = NULL, *seed, *err;
1960     int y, x;
1961     int grade = FALSE;
1962
1963     while (--argc > 0) {
1964         char *p = *++argv;
1965         if (!strcmp(p, "-r")) {
1966             recurse = TRUE;
1967         } else if (!strcmp(p, "-n")) {
1968             recurse = FALSE;
1969         } else if (!strcmp(p, "-v")) {
1970             solver_show_working = TRUE;
1971             recurse = FALSE;
1972         } else if (!strcmp(p, "-g")) {
1973             grade = TRUE;
1974             recurse = FALSE;
1975         } else if (*p == '-') {
1976             fprintf(stderr, "%s: unrecognised option `%s'\n", argv[0]);
1977             return 1;
1978         } else {
1979             id = p;
1980         }
1981     }
1982
1983     if (!id) {
1984         fprintf(stderr, "usage: %s [-n | -r | -g | -v] <game_id>\n", argv[0]);
1985         return 1;
1986     }
1987
1988     seed = strchr(id, ':');
1989     if (!seed) {
1990         fprintf(stderr, "%s: game id expects a colon in it\n", argv[0]);
1991         return 1;
1992     }
1993     *seed++ = '\0';
1994
1995     p = decode_params(id);
1996     err = validate_seed(p, seed);
1997     if (err) {
1998         fprintf(stderr, "%s: %s\n", argv[0], err);
1999         return 1;
2000     }
2001     s = new_game(p, seed);
2002
2003     if (recurse) {
2004         int ret = rsolve(p->c, p->r, s->grid, NULL, 2);
2005         if (ret > 1) {
2006             fprintf(stderr, "%s: rsolve: multiple solutions detected\n",
2007                     argv[0]);
2008         }
2009     } else {
2010         int ret = nsolve(p->c, p->r, s->grid);
2011         if (grade) {
2012             if (ret == DIFF_IMPOSSIBLE) {
2013                 /*
2014                  * Now resort to rsolve to determine whether it's
2015                  * really soluble.
2016                  */
2017                 ret = rsolve(p->c, p->r, s->grid, NULL, 2);
2018                 if (ret == 0)
2019                     ret = DIFF_IMPOSSIBLE;
2020                 else if (ret == 1)
2021                     ret = DIFF_RECURSIVE;
2022                 else
2023                     ret = DIFF_AMBIGUOUS;
2024             }
2025             printf("Difficulty rating: %s\n",
2026                    ret==DIFF_BLOCK ? "Trivial (blockwise positional elimination only)":
2027                    ret==DIFF_SIMPLE ? "Basic (row/column/number elimination required)":
2028                    ret==DIFF_INTERSECT ? "Intermediate (intersectional analysis required)":
2029                    ret==DIFF_SET ? "Advanced (set elimination required)":
2030                    ret==DIFF_RECURSIVE ? "Unreasonable (guesswork and backtracking required)":
2031                    ret==DIFF_AMBIGUOUS ? "Ambiguous (multiple solutions exist)":
2032                    ret==DIFF_IMPOSSIBLE ? "Impossible (no solution exists)":
2033                    "INTERNAL ERROR: unrecognised difficulty code");
2034         }
2035     }
2036
2037     for (y = 0; y < p->c * p->r; y++) {
2038         for (x = 0; x < p->c * p->r; x++) {
2039             int c = s->grid[y * p->c * p->r + x];
2040             if (c == 0)
2041                 c = ' ';
2042             else if (c <= 9)
2043                 c = '0' + c;
2044             else
2045                 c = 'a' + c-10;
2046             printf("%c", c);
2047             if (x+1 < p->c * p->r) {
2048                 if ((x+1) % p->r)
2049                     printf(" ");
2050                 else
2051                     printf(" | ");
2052             }
2053         }
2054         printf("\n");
2055         if (y+1 < p->c * p->r && (y+1) % p->c == 0) {
2056             for (x = 0; x < p->c * p->r; x++) {
2057                 printf("-");
2058                 if (x+1 < p->c * p->r) {
2059                     if ((x+1) % p->r)
2060                         printf("-");
2061                     else
2062                         printf("-+-");
2063                 }
2064             }
2065             printf("\n");
2066         }
2067     }
2068     printf("\n");
2069
2070     return 0;
2071 }
2072
2073 #endif