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