chiark / gitweb /
Initial checkin of a portable framework for writing small GUI puzzle
authorSimon Tatham <anakin@pobox.com>
Sun, 25 Apr 2004 14:27:58 +0000 (14:27 +0000)
committerSimon Tatham <anakin@pobox.com>
Sun, 25 Apr 2004 14:27:58 +0000 (14:27 +0000)
games.

[originally from svn r4138]

12 files changed:
.cvsignore [new file with mode: 0644]
Recipe [new file with mode: 0644]
cube.c [new file with mode: 0644]
gtk.c [new file with mode: 0644]
malloc.c [new file with mode: 0644]
midend.c [new file with mode: 0644]
net.c [new file with mode: 0644]
puzzles.h [new file with mode: 0644]
random.c [new file with mode: 0644]
tree234.c [new file with mode: 0644]
tree234.h [new file with mode: 0644]
windows.c [new file with mode: 0644]

diff --git a/.cvsignore b/.cvsignore
new file mode 100644 (file)
index 0000000..960a78a
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,4 @@
+Makefile*
+net cube
+*.exe *.obj *.o
+*notes
diff --git a/Recipe b/Recipe
new file mode 100644 (file)
index 0000000..5a3567e
--- /dev/null
+++ b/Recipe
@@ -0,0 +1,21 @@
+# -*- makefile -*-
+# 
+# This file describes which puzzle binaries are made up from which
+# object and resource files. It is processed into the various
+# Makefiles by means of a Perl script. Makefile changes should
+# really be made by editing this file and/or the Perl script, not
+# by editing the actual Makefiles.
+
+!name puzzles
+
+!makefile gtk Makefile
+#!makefile vc Makefile.vc
+
+COMMON   = midend malloc
+NET      = net random tree234
+
+net      : [X] gtk COMMON NET
+#cube     : [X] gtk COMMON CUBE
+
+#net      : [G] windows COMMON NET
+#cube     : [G] windows COMMON CUBE
diff --git a/cube.c b/cube.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..0ceef12
--- /dev/null
+++ b/cube.c
@@ -0,0 +1,3 @@
+/*
+ * cube.c: Cube game.
+ */
diff --git a/gtk.c b/gtk.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..365d11d
--- /dev/null
+++ b/gtk.c
@@ -0,0 +1,23 @@
+/*
+ * gtk.c: GTK front end for my puzzle collection.
+ */
+
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+#include <stdarg.h>
+
+#include "puzzles.h"
+
+void fatal(char *fmt, ...)
+{
+    va_list ap;
+
+    fprintf(stderr, "fatal error: ");
+
+    va_start(ap, fmt);
+    vfprintf(stderr, fmt, ap);
+    va_end(ap);
+
+    fprintf(stderr, "\n");
+    exit(1);
+}
diff --git a/malloc.c b/malloc.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..5e11ac0
--- /dev/null
+++ b/malloc.c
@@ -0,0 +1,52 @@
+/*
+ * malloc.c: safe wrappers around malloc, realloc, free, strdup
+ */
+
+#include <stdlib.h>
+#include "puzzles.h"
+
+/*
+ * smalloc should guarantee to return a useful pointer - Halibut
+ * can do nothing except die when it's out of memory anyway.
+ */
+void *smalloc(int size) {
+    void *p;
+    p = malloc(size);
+    if (!p)
+       fatal("out of memory");
+    return p;
+}
+
+/*
+ * sfree should guaranteeably deal gracefully with freeing NULL
+ */
+void sfree(void *p) {
+    if (p) {
+       free(p);
+    }
+}
+
+/*
+ * srealloc should guaranteeably be able to realloc NULL
+ */
+void *srealloc(void *p, int size) {
+    void *q;
+    if (p) {
+       q = realloc(p, size);
+    } else {
+       q = malloc(size);
+    }
+    if (!q)
+       fatal("out of memory");
+    return q;
+}
+
+/*
+ * dupstr is like strdup, but with the never-return-NULL property
+ * of smalloc (and also reliably defined in all environments :-)
+ */
+char *dupstr(char *s) {
+    char *r = smalloc(1+strlen(s));
+    strcpy(r,s);
+    return r;
+}
diff --git a/midend.c b/midend.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..2adbf9f
--- /dev/null
+++ b/midend.c
@@ -0,0 +1,6 @@
+/*
+ * midend.c: general middle fragment sitting between the
+ * platform-specific front end and game-specific back end.
+ * Maintains a move list, takes care of Undo and Redo commands, and
+ * processes standard keystrokes for undo/redo/new/restart/quit.
+ */
diff --git a/net.c b/net.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..4984364
--- /dev/null
+++ b/net.c
@@ -0,0 +1,624 @@
+/*
+ * net.c: Net game.
+ */
+
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+#include <string.h>
+#include <assert.h>
+
+#include "puzzles.h"
+#include "tree234.h"
+
+/* Direction bitfields */
+#define R 0x01
+#define U 0x02
+#define L 0x04
+#define D 0x08
+#define LOCKED 0x10
+
+/* Rotations: Anticlockwise, Clockwise, Flip, general rotate */
+#define A(x) ( (((x) & 0x07) << 1) | (((x) & 0x08) >> 3) )
+#define C(x) ( (((x) & 0x0E) >> 1) | (((x) & 0x01) << 3) )
+#define F(x) ( (((x) & 0x0C) >> 2) | (((x) & 0x03) << 2) )
+#define ROT(x, n) ( ((n)&3) == 0 ? (x) : \
+                   ((n)&3) == 1 ? A(x) : \
+                   ((n)&3) == 2 ? F(x) : C(x) )
+
+/* X and Y displacements */
+#define X(x) ( (x) == R ? +1 : (x) == L ? -1 : 0 )
+#define Y(x) ( (x) == D ? +1 : (x) == U ? -1 : 0 )
+
+/* Bit count */
+#define COUNT(x) ( (((x) & 0x08) >> 3) + (((x) & 0x04) >> 2) + \
+                  (((x) & 0x02) >> 1) + ((x) & 0x01) )
+
+#define TILE_SIZE 32
+#define TILE_BORDER 1
+#define WINDOW_OFFSET 16
+
+struct game_params {
+    int width;
+    int height;
+    int wrapping;
+    float barrier_probability;
+};
+
+struct game_state {
+    int width, height, wrapping, completed;
+    unsigned char *tiles;
+    unsigned char *barriers;
+};
+
+#define OFFSET(x2,y2,x1,y1,dir,state) \
+    ( (x2) = ((x1) + (state)->width + X((dir))) % (state)->width, \
+      (y2) = ((y1) + (state)->height + Y((dir))) % (state)->height)
+
+#define index(state, a, x, y) ( a[(y) * (state)->width + (x)] )
+#define tile(state, x, y)     index(state, (state)->tiles, x, y)
+#define barrier(state, x, y)  index(state, (state)->barriers, x, y)
+
+struct xyd {
+    int x, y, direction;
+};
+
+static int xyd_cmp(void *av, void *bv) {
+    struct xyd *a = (struct xyd *)av;
+    struct xyd *b = (struct xyd *)bv;
+    if (a->x < b->x)
+       return -1;
+    if (a->x > b->x)
+       return +1;
+    if (a->y < b->y)
+       return -1;
+    if (a->y > b->y)
+       return +1;
+    if (a->direction < b->direction)
+       return -1;
+    if (a->direction > b->direction)
+       return +1;
+    return 0;
+};
+
+static struct xyd *new_xyd(int x, int y, int direction)
+{
+    struct xyd *xyd = snew(struct xyd);
+    xyd->x = x;
+    xyd->y = y;
+    xyd->direction = direction;
+    return xyd;
+}
+
+/* ----------------------------------------------------------------------
+ * Randomly select a new game seed.
+ */
+
+char *new_game_seed(game_params *params)
+{
+    /*
+     * The full description of a Net game is far too large to
+     * encode directly in the seed, so by default we'll have to go
+     * for the simple approach of providing a random-number seed.
+     * 
+     * (This does not restrict me from _later on_ inventing a seed
+     * string syntax which can never be generated by this code -
+     * for example, strings beginning with a letter - allowing me
+     * to type in a precise game, and have new_game detect it and
+     * understand it and do something completely different.)
+     */
+    char buf[40];
+    sprintf(buf, "%d", rand());
+    return dupstr(buf);
+}
+
+/* ----------------------------------------------------------------------
+ * Construct an initial game state, given a seed and parameters.
+ */
+
+game_state *new_game(game_params *params, char *seed)
+{
+    random_state *rs;
+    game_state *state;
+    tree234 *possibilities, *barriers;
+    int w, h, x, y, nbarriers;
+
+    assert(params->width > 2);
+    assert(params->height > 2);
+
+    /*
+     * Create a blank game state.
+     */
+    state = snew(game_state);
+    w = state->width = params->width;
+    h = state->height = params->height;
+    state->wrapping = params->wrapping;
+    state->completed = FALSE;
+    state->tiles = snewn(state->width * state->height, unsigned char);
+    memset(state->tiles, 0, state->width * state->height);
+    state->barriers = snewn(state->width * state->height, unsigned char);
+    memset(state->barriers, 0, state->width * state->height);
+
+    /*
+     * Set up border barriers if this is a non-wrapping game.
+     */
+    if (!state->wrapping) {
+       for (x = 0; x < state->width; x++) {
+           barrier(state, x, 0) |= U;
+           barrier(state, x, state->height-1) |= D;
+       }
+       for (y = 0; y < state->height; y++) {
+           barrier(state, y, 0) |= L;
+           barrier(state, y, state->width-1) |= R;
+       }
+    }
+
+    /*
+     * Seed the internal random number generator.
+     */
+    rs = random_init(seed, strlen(seed));
+
+    /*
+     * Construct the unshuffled grid.
+     * 
+     * To do this, we simply start at the centre point, repeatedly
+     * choose a random possibility out of the available ways to
+     * extend a used square into an unused one, and do it. After
+     * extending the third line out of a square, we remove the
+     * fourth from the possibilities list to avoid any full-cross
+     * squares (which would make the game too easy because they
+     * only have one orientation).
+     * 
+     * The slightly worrying thing is the avoidance of full-cross
+     * squares. Can this cause our unsophisticated construction
+     * algorithm to paint itself into a corner, by getting into a
+     * situation where there are some unreached squares and the
+     * only way to reach any of them is to extend a T-piece into a
+     * full cross?
+     * 
+     * Answer: no it can't, and here's a proof.
+     * 
+     * Any contiguous group of such unreachable squares must be
+     * surrounded on _all_ sides by T-pieces pointing away from the
+     * group. (If not, then there is a square which can be extended
+     * into one of the `unreachable' ones, and so it wasn't
+     * unreachable after all.) In particular, this implies that
+     * each contiguous group of unreachable squares must be
+     * rectangular in shape (any deviation from that yields a
+     * non-T-piece next to an `unreachable' square).
+     * 
+     * So we have a rectangle of unreachable squares, with T-pieces
+     * forming a solid border around the rectangle. The corners of
+     * that border must be connected (since every tile connects all
+     * the lines arriving in it), and therefore the border must
+     * form a closed loop around the rectangle.
+     * 
+     * But this can't have happened in the first place, since we
+     * _know_ we've avoided creating closed loops! Hence, no such
+     * situation can ever arise, and the naive grid construction
+     * algorithm will guaranteeably result in a complete grid
+     * containing no unreached squares, no full crosses _and_ no
+     * closed loops. []
+     */
+    possibilities = newtree234(xyd_cmp);
+    add234(possibilities, new_xyd(w/2, h/2, R));
+    add234(possibilities, new_xyd(w/2, h/2, U));
+    add234(possibilities, new_xyd(w/2, h/2, L));
+    add234(possibilities, new_xyd(w/2, h/2, D));
+
+    while (count234(possibilities) > 0) {
+       int i;
+       struct xyd *xyd;
+       int x1, y1, d1, x2, y2, d2, d;
+
+       /*
+        * Extract a randomly chosen possibility from the list.
+        */
+       i = random_upto(rs, count234(possibilities));
+       xyd = delpos234(possibilities, i);
+       x1 = xyd->x;
+       y1 = xyd->y;
+       d1 = xyd->direction;
+       sfree(xyd);
+
+       OFFSET(x2, y2, x1, y1, d1, state);
+       d2 = F(d1);
+#ifdef DEBUG
+       printf("picked (%d,%d,%c) <-> (%d,%d,%c)\n",
+              x1, y1, "0RU3L567D9abcdef"[d1], x2, y2, "0RU3L567D9abcdef"[d2]);
+#endif
+
+       /*
+        * Make the connection. (We should be moving to an as yet
+        * unused tile.)
+        */
+       tile(state, x1, y1) |= d1;
+       assert(tile(state, x2, y2) == 0);
+       tile(state, x2, y2) |= d2;
+
+       /*
+        * If we have created a T-piece, remove its last
+        * possibility.
+        */
+       if (COUNT(tile(state, x1, y1)) == 3) {
+           struct xyd xyd1, *xydp;
+
+           xyd1.x = x1;
+           xyd1.y = y1;
+           xyd1.direction = 0x0F ^ tile(state, x1, y1);
+
+           xydp = find234(possibilities, &xyd1, NULL);
+
+           if (xydp) {
+#ifdef DEBUG
+               printf("T-piece; removing (%d,%d,%c)\n",
+                      xydp->x, xydp->y, "0RU3L567D9abcdef"[xydp->direction]);
+#endif
+               del234(possibilities, xydp);
+               sfree(xydp);
+           }
+       }
+
+       /*
+        * Remove all other possibilities that were pointing at the
+        * tile we've just moved into.
+        */
+       for (d = 1; d < 0x10; d <<= 1) {
+           int x3, y3, d3;
+           struct xyd xyd1, *xydp;
+
+           OFFSET(x3, y3, x2, y2, d, state);
+           d3 = F(d);
+
+           xyd1.x = x3;
+           xyd1.y = y3;
+           xyd1.direction = d3;
+
+           xydp = find234(possibilities, &xyd1, NULL);
+
+           if (xydp) {
+#ifdef DEBUG
+               printf("Loop avoidance; removing (%d,%d,%c)\n",
+                      xydp->x, xydp->y, "0RU3L567D9abcdef"[xydp->direction]);
+#endif
+               del234(possibilities, xydp);
+               sfree(xydp);
+           }
+       }
+
+       /*
+        * Add new possibilities to the list for moving _out_ of
+        * the tile we have just moved into.
+        */
+       for (d = 1; d < 0x10; d <<= 1) {
+           int x3, y3;
+
+           if (d == d2)
+               continue;              /* we've got this one already */
+
+           if (!state->wrapping) {
+               if (d == U && y2 == 0)
+                   continue;
+               if (d == D && y2 == state->height-1)
+                   continue;
+               if (d == L && x2 == 0)
+                   continue;
+               if (d == R && x2 == state->width-1)
+                   continue;
+           }
+
+           OFFSET(x3, y3, x2, y2, d, state);
+
+           if (tile(state, x3, y3))
+               continue;              /* this would create a loop */
+
+#ifdef DEBUG
+           printf("New frontier; adding (%d,%d,%c)\n",
+                  x2, y2, "0RU3L567D9abcdef"[d]);
+#endif
+           add234(possibilities, new_xyd(x2, y2, d));
+       }
+    }
+    /* Having done that, we should have no possibilities remaining. */
+    assert(count234(possibilities) == 0);
+    freetree234(possibilities);
+
+    /*
+     * Now compute a list of the possible barrier locations.
+     */
+    barriers = newtree234(xyd_cmp);
+    for (y = 0; y < state->height - (!state->wrapping); y++) {
+       for (x = 0; x < state->width - (!state->wrapping); x++) {
+
+           if (!(tile(state, x, y) & R))
+               add234(barriers, new_xyd(x, y, R));
+           if (!(tile(state, x, y) & D))
+               add234(barriers, new_xyd(x, y, D));
+       }
+    }
+
+    /*
+     * Now shuffle the grid.
+     */
+    for (y = 0; y < state->height - (!state->wrapping); y++) {
+       for (x = 0; x < state->width - (!state->wrapping); x++) {
+           int orig = tile(state, x, y);
+           int rot = random_upto(rs, 4);
+           tile(state, x, y) = ROT(orig, rot);
+       }
+    }
+
+    /*
+     * And now choose barrier locations. (We carefully do this
+     * _after_ shuffling, so that changing the barrier rate in the
+     * params while keeping the game seed the same will give the
+     * same shuffled grid and _only_ change the barrier locations.
+     * Also the way we choose barrier locations, by repeatedly
+     * choosing one possibility from the list until we have enough,
+     * is designed to ensure that raising the barrier rate while
+     * keeping the seed the same will provide a superset of the
+     * previous barrier set - i.e. if you ask for 10 barriers, and
+     * then decide that's still too hard and ask for 20, you'll get
+     * the original 10 plus 10 more, rather than getting 20 new
+     * ones and the chance of remembering your first 10.)
+     */
+    nbarriers = params->barrier_probability * count234(barriers);
+    assert(nbarriers >= 0 && nbarriers <= count234(barriers));
+
+    while (nbarriers > 0) {
+       int i;
+       struct xyd *xyd;
+       int x1, y1, d1, x2, y2, d2;
+
+       /*
+        * Extract a randomly chosen barrier from the list.
+        */
+       i = random_upto(rs, count234(barriers));
+       xyd = delpos234(barriers, i);
+
+       assert(xyd != NULL);
+
+       x1 = xyd->x;
+       y1 = xyd->y;
+       d1 = xyd->direction;
+       sfree(xyd);
+
+       OFFSET(x2, y2, x1, y1, d1, state);
+       d2 = F(d1);
+
+       barrier(state, x1, y1) |= d1;
+       barrier(state, x2, y2) |= d2;
+
+       nbarriers--;
+    }
+
+    /*
+     * Clean up the rest of the barrier list.
+     */
+    {
+       struct xyd *xyd;
+
+       while ( (xyd = delpos234(barriers, 0)) != NULL)
+           sfree(xyd);
+
+       freetree234(barriers);
+    }
+
+    random_free(rs);
+
+    return state;
+}
+
+game_state *dup_game(game_state *state)
+{
+    game_state *ret;
+
+    ret = snew(game_state);
+    ret->width = state->width;
+    ret->height = state->height;
+    ret->wrapping = state->wrapping;
+    ret->completed = state->completed;
+    ret->tiles = snewn(state->width * state->height, unsigned char);
+    memcpy(ret->tiles, state->tiles, state->width * state->height);
+    ret->barriers = snewn(state->width * state->height, unsigned char);
+    memcpy(ret->barriers, state->barriers, state->width * state->height);
+
+    return ret;
+}
+
+void free_game(game_state *state)
+{
+    sfree(state->tiles);
+    sfree(state->barriers);
+    sfree(state);
+}
+
+/* ----------------------------------------------------------------------
+ * Utility routine.
+ */
+
+/*
+ * Compute which squares are reachable from the centre square, as a
+ * quick visual aid to determining how close the game is to
+ * completion. This is also a simple way to tell if the game _is_
+ * completed - just call this function and see whether every square
+ * is marked active.
+ */
+static unsigned char *compute_active(game_state *state)
+{
+    unsigned char *active;
+    tree234 *todo;
+    struct xyd *xyd;
+
+    active = snewn(state->width * state->height, unsigned char);
+    memset(active, 0, state->width * state->height);
+
+    /*
+     * We only store (x,y) pairs in todo, but it's easier to reuse
+     * xyd_cmp and just store direction 0 every time.
+     */
+    todo = newtree234(xyd_cmp);
+    add234(todo, new_xyd(state->width / 2, state->height / 2, 0));
+
+    while ( (xyd = delpos234(todo, 0)) != NULL) {
+       int x1, y1, d1, x2, y2, d2;
+
+       x1 = xyd->x;
+       y1 = xyd->y;
+       sfree(xyd);
+
+       for (d1 = 1; d1 < 0x10; d1 <<= 1) {
+           OFFSET(x2, y2, x1, y1, d1, state);
+           d2 = F(d1);
+
+           /*
+            * If the next tile in this direction is connected to
+            * us, and there isn't a barrier in the way, and it
+            * isn't already marked active, then mark it active and
+            * add it to the to-examine list.
+            */
+           if ((tile(state, x1, y1) & d1) &&
+               (tile(state, x2, y2) & d2) &&
+               !(barrier(state, x1, y1) & d1) &&
+               !index(state, active, x2, y2)) {
+               index(state, active, x2, y2) = 1;
+               add234(todo, new_xyd(x2, y2, 0));
+           }
+       }
+    }
+    /* Now we expect the todo list to have shrunk to zero size. */
+    assert(count234(todo) == 0);
+    freetree234(todo);
+
+    return active;
+}
+
+/* ----------------------------------------------------------------------
+ * Process a move.
+ */
+game_state *make_move(game_state *state, int x, int y, int button)
+{
+    game_state *ret;
+    int tx, ty, orig;
+
+    /*
+     * All moves in Net are made with the mouse.
+     */
+    if (button != LEFT_BUTTON &&
+       button != MIDDLE_BUTTON &&
+       button != RIGHT_BUTTON)
+       return NULL;
+
+    /*
+     * The button must have been clicked on a valid tile.
+     */
+    x -= WINDOW_OFFSET;
+    y -= WINDOW_OFFSET;
+    if (x < 0 || y < 0)
+       return NULL;
+    tx = x / TILE_SIZE;
+    ty = y / TILE_SIZE;
+    if (tx >= state->width || ty >= state->height)
+       return NULL;
+    if (tx % TILE_SIZE >= TILE_SIZE - TILE_BORDER ||
+       ty % TILE_SIZE >= TILE_SIZE - TILE_BORDER)
+       return NULL;
+
+    /*
+     * The middle button locks or unlocks a tile. (A locked tile
+     * cannot be turned, and is visually marked as being locked.
+     * This is a convenience for the player, so that once they are
+     * sure which way round a tile goes, they can lock it and thus
+     * avoid forgetting later on that they'd already done that one;
+     * and the locking also prevents them turning the tile by
+     * accident. If they change their mind, another middle click
+     * unlocks it.)
+     */
+    if (button == MIDDLE_BUTTON) {
+       ret = dup_game(state);
+       tile(ret, tx, ty) ^= LOCKED;
+       return ret;
+    }
+
+    /*
+     * The left and right buttons have no effect if clicked on a
+     * locked tile.
+     */
+    if (tile(state, tx, ty) & LOCKED)
+       return NULL;
+
+    /*
+     * Otherwise, turn the tile one way or the other. Left button
+     * turns anticlockwise; right button turns clockwise.
+     */
+    ret = dup_game(state);
+    orig = tile(ret, tx, ty);
+    if (button == LEFT_BUTTON)
+       tile(ret, tx, ty) = A(orig);
+    else
+       tile(ret, tx, ty) = C(orig);
+
+    /*
+     * Check whether the game has been completed.
+     */
+    {
+       unsigned char *active = compute_active(ret);
+       int x1, y1;
+       int complete = TRUE;
+
+       for (x1 = 0; x1 < ret->width; x1++)
+           for (y1 = 0; y1 < ret->height; y1++)
+               if (!index(ret, active, x1, y1)) {
+                   complete = FALSE;
+                   goto break_label;  /* break out of two loops at once */
+               }
+       break_label:
+
+       sfree(active);
+
+       if (complete)
+           ret->completed = TRUE;
+    }
+
+    return ret;
+}
+
+/* ----------------------------------------------------------------------
+ * Routines for drawing the game position on the screen.
+ */
+
+#ifndef TESTMODE                      /* FIXME: should be #ifdef */
+
+int main(void)
+{
+    game_params params = { 13, 11, TRUE, 0.1 };
+    char *seed;
+    game_state *state;
+    unsigned char *active;
+
+    seed = "123";
+    state = new_game(&params, seed);
+    active = compute_active(state);
+
+    {
+       int x, y;
+
+       printf("\033)0\016");
+       for (y = 0; y < state->height; y++) {
+           for (x = 0; x < state->width; x++) {
+               if (index(state, active, x, y))
+                   printf("\033[1;32m");
+               else
+                   printf("\033[0;31m");
+               putchar("~``m`qjv`lxtkwua"[tile(state, x, y)]);
+           }
+           printf("\033[m\n");
+       }
+       printf("\017");
+    }
+
+    free_game(state);
+
+    return 0;
+}
+
+#endif
diff --git a/puzzles.h b/puzzles.h
new file mode 100644 (file)
index 0000000..ca961a6
--- /dev/null
+++ b/puzzles.h
@@ -0,0 +1,61 @@
+/*
+ * puzzles.h: header file for my puzzle collection
+ */
+
+#ifndef PUZZLES_PUZZLES_H
+#define PUZZLES_PUZZLES_H
+
+#ifndef TRUE
+#define TRUE 1
+#endif
+#ifndef FALSE
+#define FALSE 0
+#endif
+
+#define lenof(array) ( sizeof(array) / sizeof(*(array)) )
+
+enum {
+    LEFT_BUTTON = 0x1000,
+    MIDDLE_BUTTON,
+    RIGHT_BUTTON
+};
+
+/*
+ * Platform routines
+ */
+void fatal(char *fmt, ...);
+
+/*
+ * malloc.c
+ */
+void *smalloc(int size);
+void *srealloc(void *p, int size);
+void sfree(void *p);
+char *dupstr(char *s);
+#define snew(type) \
+    ( (type *) smalloc (sizeof (type)) )
+#define snewn(number, type) \
+    ( (type *) smalloc ((number) * sizeof (type)) )
+#define sresize(array, number, type) \
+    ( (type *) srealloc ((array), (len) * sizeof (type)) )
+
+/*
+ * random.c
+ */
+typedef struct random_state random_state;
+random_state *random_init(char *seed, int len);
+unsigned long random_upto(random_state *state, unsigned long limit);
+void random_free(random_state *state);
+
+/*
+ * Game-specific routines
+ */
+typedef struct game_params game_params;
+typedef struct game_state game_state;
+char *new_game_seed(game_params *params);
+game_state *new_game(game_params *params, char *seed);
+game_state *dup_game(game_state *state);
+void free_game(game_state *state);
+game_state *make_move(game_state *from, int x, int y, int button);
+
+#endif /* PUZZLES_PUZZLES_H */
diff --git a/random.c b/random.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..547274a
--- /dev/null
+++ b/random.c
@@ -0,0 +1,282 @@
+/*
+ * random.c: Internal random number generator, guaranteed to work
+ * the same way on all platforms. Used when generating an initial
+ * game state from a random game seed; required to ensure that game
+ * seeds can be exchanged between versions of a puzzle compiled for
+ * different platforms.
+ * 
+ * The generator is based on SHA-1. This is almost certainly
+ * overkill, but I had the SHA-1 code kicking around and it was
+ * easier to reuse it than to do anything else!
+ */
+
+#include <assert.h>
+
+#include "puzzles.h"
+
+typedef unsigned long uint32;
+
+typedef struct {
+    uint32 h[5];
+    unsigned char block[64];
+    int blkused;
+    uint32 lenhi, lenlo;
+} SHA_State;
+
+/* ----------------------------------------------------------------------
+ * Core SHA algorithm: processes 16-word blocks into a message digest.
+ */
+
+#define rol(x,y) ( ((x) << (y)) | (((uint32)x) >> (32-y)) )
+
+static void SHA_Core_Init(uint32 h[5])
+{
+    h[0] = 0x67452301;
+    h[1] = 0xefcdab89;
+    h[2] = 0x98badcfe;
+    h[3] = 0x10325476;
+    h[4] = 0xc3d2e1f0;
+}
+
+static void SHATransform(uint32 * digest, uint32 * block)
+{
+    uint32 w[80];
+    uint32 a, b, c, d, e;
+    int t;
+
+    for (t = 0; t < 16; t++)
+       w[t] = block[t];
+
+    for (t = 16; t < 80; t++) {
+       uint32 tmp = w[t - 3] ^ w[t - 8] ^ w[t - 14] ^ w[t - 16];
+       w[t] = rol(tmp, 1);
+    }
+
+    a = digest[0];
+    b = digest[1];
+    c = digest[2];
+    d = digest[3];
+    e = digest[4];
+
+    for (t = 0; t < 20; t++) {
+       uint32 tmp =
+           rol(a, 5) + ((b & c) | (d & ~b)) + e + w[t] + 0x5a827999;
+       e = d;
+       d = c;
+       c = rol(b, 30);
+       b = a;
+       a = tmp;
+    }
+    for (t = 20; t < 40; t++) {
+       uint32 tmp = rol(a, 5) + (b ^ c ^ d) + e + w[t] + 0x6ed9eba1;
+       e = d;
+       d = c;
+       c = rol(b, 30);
+       b = a;
+       a = tmp;
+    }
+    for (t = 40; t < 60; t++) {
+       uint32 tmp = rol(a,
+                        5) + ((b & c) | (b & d) | (c & d)) + e + w[t] +
+           0x8f1bbcdc;
+       e = d;
+       d = c;
+       c = rol(b, 30);
+       b = a;
+       a = tmp;
+    }
+    for (t = 60; t < 80; t++) {
+       uint32 tmp = rol(a, 5) + (b ^ c ^ d) + e + w[t] + 0xca62c1d6;
+       e = d;
+       d = c;
+       c = rol(b, 30);
+       b = a;
+       a = tmp;
+    }
+
+    digest[0] += a;
+    digest[1] += b;
+    digest[2] += c;
+    digest[3] += d;
+    digest[4] += e;
+}
+
+/* ----------------------------------------------------------------------
+ * Outer SHA algorithm: take an arbitrary length byte string,
+ * convert it into 16-word blocks with the prescribed padding at
+ * the end, and pass those blocks to the core SHA algorithm.
+ */
+
+static void SHA_Init(SHA_State * s)
+{
+    SHA_Core_Init(s->h);
+    s->blkused = 0;
+    s->lenhi = s->lenlo = 0;
+}
+
+static void SHA_Bytes(SHA_State * s, void *p, int len)
+{
+    unsigned char *q = (unsigned char *) p;
+    uint32 wordblock[16];
+    uint32 lenw = len;
+    int i;
+
+    /*
+     * Update the length field.
+     */
+    s->lenlo += lenw;
+    s->lenhi += (s->lenlo < lenw);
+
+    if (s->blkused && s->blkused + len < 64) {
+       /*
+        * Trivial case: just add to the block.
+        */
+       memcpy(s->block + s->blkused, q, len);
+       s->blkused += len;
+    } else {
+       /*
+        * We must complete and process at least one block.
+        */
+       while (s->blkused + len >= 64) {
+           memcpy(s->block + s->blkused, q, 64 - s->blkused);
+           q += 64 - s->blkused;
+           len -= 64 - s->blkused;
+           /* Now process the block. Gather bytes big-endian into words */
+           for (i = 0; i < 16; i++) {
+               wordblock[i] =
+                   (((uint32) s->block[i * 4 + 0]) << 24) |
+                   (((uint32) s->block[i * 4 + 1]) << 16) |
+                   (((uint32) s->block[i * 4 + 2]) << 8) |
+                   (((uint32) s->block[i * 4 + 3]) << 0);
+           }
+           SHATransform(s->h, wordblock);
+           s->blkused = 0;
+       }
+       memcpy(s->block, q, len);
+       s->blkused = len;
+    }
+}
+
+static void SHA_Final(SHA_State * s, unsigned char *output)
+{
+    int i;
+    int pad;
+    unsigned char c[64];
+    uint32 lenhi, lenlo;
+
+    if (s->blkused >= 56)
+       pad = 56 + 64 - s->blkused;
+    else
+       pad = 56 - s->blkused;
+
+    lenhi = (s->lenhi << 3) | (s->lenlo >> (32 - 3));
+    lenlo = (s->lenlo << 3);
+
+    memset(c, 0, pad);
+    c[0] = 0x80;
+    SHA_Bytes(s, &c, pad);
+
+    c[0] = (lenhi >> 24) & 0xFF;
+    c[1] = (lenhi >> 16) & 0xFF;
+    c[2] = (lenhi >> 8) & 0xFF;
+    c[3] = (lenhi >> 0) & 0xFF;
+    c[4] = (lenlo >> 24) & 0xFF;
+    c[5] = (lenlo >> 16) & 0xFF;
+    c[6] = (lenlo >> 8) & 0xFF;
+    c[7] = (lenlo >> 0) & 0xFF;
+
+    SHA_Bytes(s, &c, 8);
+
+    for (i = 0; i < 5; i++) {
+       output[i * 4] = (s->h[i] >> 24) & 0xFF;
+       output[i * 4 + 1] = (s->h[i] >> 16) & 0xFF;
+       output[i * 4 + 2] = (s->h[i] >> 8) & 0xFF;
+       output[i * 4 + 3] = (s->h[i]) & 0xFF;
+    }
+}
+
+static void SHA_Simple(void *p, int len, unsigned char *output)
+{
+    SHA_State s;
+
+    SHA_Init(&s);
+    SHA_Bytes(&s, p, len);
+    SHA_Final(&s, output);
+}
+
+/* ----------------------------------------------------------------------
+ * The random number generator.
+ */
+
+struct random_state {
+    unsigned char seedbuf[40];
+    unsigned char databuf[20];
+    int pos;
+};
+
+random_state *random_init(char *seed, int len)
+{
+    random_state *state;
+
+    state = snew(random_state);
+
+    SHA_Simple(seed, len, state->seedbuf);
+    SHA_Simple(state->seedbuf, 20, state->seedbuf + 20);
+    SHA_Simple(state->seedbuf, 40, state->databuf);
+    state->pos = 0;
+
+    return state;
+}
+
+unsigned long random_bits(random_state *state, int bits)
+{
+    int ret = 0;
+    int n;
+
+    for (n = 0; n < bits; n += 8) {
+       if (state->pos >= 20) {
+           int i;
+
+           for (i = 0; i < 20; i++) {
+               if (state->seedbuf[i] != 0xFF) {
+                   state->seedbuf[i]++;
+                   break;
+               } else
+                   state->seedbuf[i] = 0;
+           }
+           SHA_Simple(state->seedbuf, 40, state->databuf);
+           state->pos = 0;
+       }
+       ret = (ret << 8) | state->databuf[state->pos++];
+    }
+
+    ret &= (1 << bits) - 1;
+    return ret;
+}
+
+unsigned long random_upto(random_state *state, unsigned long limit)
+{
+    int bits = 0;
+    unsigned long max, divisor, data;
+
+    while ((limit >> bits) != 0)
+       bits++;
+
+    bits += 3;
+    assert(bits < 32);
+
+    max = 1 << bits;
+    divisor = max / limit;
+    max = limit * divisor;
+
+    do {
+       data = random_bits(state, bits);
+    } while (data >= max);
+
+    return data / divisor;
+}
+
+void random_free(random_state *state)
+{
+    sfree(state);
+}
diff --git a/tree234.c b/tree234.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..93aeccc
--- /dev/null
+++ b/tree234.c
@@ -0,0 +1,2194 @@
+/*
+ * tree234.c: reasonably generic counted 2-3-4 tree routines.
+ * 
+ * This file is copyright 1999-2001 Simon Tatham.
+ * 
+ * Permission is hereby granted, free of charge, to any person
+ * obtaining a copy of this software and associated documentation
+ * files (the "Software"), to deal in the Software without
+ * restriction, including without limitation the rights to use,
+ * copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense, and/or
+ * sell copies of the Software, and to permit persons to whom the
+ * Software is furnished to do so, subject to the following
+ * conditions:
+ *
+ * The above copyright notice and this permission notice shall be
+ * included in all copies or substantial portions of the Software.
+ *
+ * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND,
+ * EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES
+ * OF MERCHANTABILITY, FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND
+ * NONINFRINGEMENT.  IN NO EVENT SHALL SIMON TATHAM BE LIABLE FOR
+ * ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF
+ * CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM, OUT OF OR IN
+ * CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE
+ * SOFTWARE.
+ */
+
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+#include <assert.h>
+
+#include "tree234.h"
+
+#define smalloc malloc
+#define sfree free
+
+#define mknew(typ) ( (typ *) smalloc (sizeof (typ)) )
+
+#ifdef TEST
+#define LOG(x) (printf x)
+#else
+#define LOG(x)
+#endif
+
+typedef struct node234_Tag node234;
+
+struct tree234_Tag {
+    node234 *root;
+    cmpfn234 cmp;
+};
+
+struct node234_Tag {
+    node234 *parent;
+    node234 *kids[4];
+    int counts[4];
+    void *elems[3];
+};
+
+/*
+ * Create a 2-3-4 tree.
+ */
+tree234 *newtree234(cmpfn234 cmp) {
+    tree234 *ret = mknew(tree234);
+    LOG(("created tree %p\n", ret));
+    ret->root = NULL;
+    ret->cmp = cmp;
+    return ret;
+}
+
+/*
+ * Free a 2-3-4 tree (not including freeing the elements).
+ */
+static void freenode234(node234 *n) {
+    if (!n)
+       return;
+    freenode234(n->kids[0]);
+    freenode234(n->kids[1]);
+    freenode234(n->kids[2]);
+    freenode234(n->kids[3]);
+    sfree(n);
+}
+void freetree234(tree234 *t) {
+    freenode234(t->root);
+    sfree(t);
+}
+
+/*
+ * Internal function to count a node.
+ */
+static int countnode234(node234 *n) {
+    int count = 0;
+    int i;
+    if (!n)
+       return 0;
+    for (i = 0; i < 4; i++)
+       count += n->counts[i];
+    for (i = 0; i < 3; i++)
+       if (n->elems[i])
+           count++;
+    return count;
+}
+
+/*
+ * Count the elements in a tree.
+ */
+int count234(tree234 *t) {
+    if (t->root)
+       return countnode234(t->root);
+    else
+       return 0;
+}
+
+/*
+ * Propagate a node overflow up a tree until it stops. Returns 0 or
+ * 1, depending on whether the root had to be split or not.
+ */
+static int add234_insert(node234 *left, void *e, node234 *right,
+                        node234 **root, node234 *n, int ki) {
+    int lcount, rcount;
+    /*
+     * We need to insert the new left/element/right set in n at
+     * child position ki.
+     */
+    lcount = countnode234(left);
+    rcount = countnode234(right);
+    while (n) {
+       LOG(("  at %p: %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d\n",
+            n,
+            n->kids[0], n->counts[0], n->elems[0],
+            n->kids[1], n->counts[1], n->elems[1],
+            n->kids[2], n->counts[2], n->elems[2],
+            n->kids[3], n->counts[3]));
+       LOG(("  need to insert %p/%d \"%s\" %p/%d at position %d\n",
+            left, lcount, e, right, rcount, ki));
+       if (n->elems[1] == NULL) {
+           /*
+            * Insert in a 2-node; simple.
+            */
+           if (ki == 0) {
+               LOG(("  inserting on left of 2-node\n"));
+               n->kids[2] = n->kids[1];     n->counts[2] = n->counts[1];
+               n->elems[1] = n->elems[0];
+               n->kids[1] = right;          n->counts[1] = rcount;
+               n->elems[0] = e;
+               n->kids[0] = left;           n->counts[0] = lcount;
+           } else { /* ki == 1 */
+               LOG(("  inserting on right of 2-node\n"));
+               n->kids[2] = right;          n->counts[2] = rcount;
+               n->elems[1] = e;
+               n->kids[1] = left;           n->counts[1] = lcount;
+           }
+           if (n->kids[0]) n->kids[0]->parent = n;
+           if (n->kids[1]) n->kids[1]->parent = n;
+           if (n->kids[2]) n->kids[2]->parent = n;
+           LOG(("  done\n"));
+           break;
+       } else if (n->elems[2] == NULL) {
+           /*
+            * Insert in a 3-node; simple.
+            */
+           if (ki == 0) {
+               LOG(("  inserting on left of 3-node\n"));
+               n->kids[3] = n->kids[2];    n->counts[3] = n->counts[2];
+               n->elems[2] = n->elems[1];
+               n->kids[2] = n->kids[1];    n->counts[2] = n->counts[1];
+               n->elems[1] = n->elems[0];
+               n->kids[1] = right;         n->counts[1] = rcount;
+               n->elems[0] = e;
+               n->kids[0] = left;          n->counts[0] = lcount;
+           } else if (ki == 1) {
+               LOG(("  inserting in middle of 3-node\n"));
+               n->kids[3] = n->kids[2];    n->counts[3] = n->counts[2];
+               n->elems[2] = n->elems[1];
+               n->kids[2] = right;         n->counts[2] = rcount;
+               n->elems[1] = e;
+               n->kids[1] = left;          n->counts[1] = lcount;
+           } else { /* ki == 2 */
+               LOG(("  inserting on right of 3-node\n"));
+               n->kids[3] = right;         n->counts[3] = rcount;
+               n->elems[2] = e;
+               n->kids[2] = left;          n->counts[2] = lcount;
+           }
+           if (n->kids[0]) n->kids[0]->parent = n;
+           if (n->kids[1]) n->kids[1]->parent = n;
+           if (n->kids[2]) n->kids[2]->parent = n;
+           if (n->kids[3]) n->kids[3]->parent = n;
+           LOG(("  done\n"));
+           break;
+       } else {
+           node234 *m = mknew(node234);
+           m->parent = n->parent;
+           LOG(("  splitting a 4-node; created new node %p\n", m));
+           /*
+            * Insert in a 4-node; split into a 2-node and a
+            * 3-node, and move focus up a level.
+            * 
+            * I don't think it matters which way round we put the
+            * 2 and the 3. For simplicity, we'll put the 3 first
+            * always.
+            */
+           if (ki == 0) {
+               m->kids[0] = left;          m->counts[0] = lcount;
+               m->elems[0] = e;
+               m->kids[1] = right;         m->counts[1] = rcount;
+               m->elems[1] = n->elems[0];
+               m->kids[2] = n->kids[1];    m->counts[2] = n->counts[1];
+               e = n->elems[1];
+               n->kids[0] = n->kids[2];    n->counts[0] = n->counts[2];
+               n->elems[0] = n->elems[2];
+               n->kids[1] = n->kids[3];    n->counts[1] = n->counts[3];
+           } else if (ki == 1) {
+               m->kids[0] = n->kids[0];    m->counts[0] = n->counts[0];
+               m->elems[0] = n->elems[0];
+               m->kids[1] = left;          m->counts[1] = lcount;
+               m->elems[1] = e;
+               m->kids[2] = right;         m->counts[2] = rcount;
+               e = n->elems[1];
+               n->kids[0] = n->kids[2];    n->counts[0] = n->counts[2];
+               n->elems[0] = n->elems[2];
+               n->kids[1] = n->kids[3];    n->counts[1] = n->counts[3];
+           } else if (ki == 2) {
+               m->kids[0] = n->kids[0];    m->counts[0] = n->counts[0];
+               m->elems[0] = n->elems[0];
+               m->kids[1] = n->kids[1];    m->counts[1] = n->counts[1];
+               m->elems[1] = n->elems[1];
+               m->kids[2] = left;          m->counts[2] = lcount;
+               /* e = e; */
+               n->kids[0] = right;         n->counts[0] = rcount;
+               n->elems[0] = n->elems[2];
+               n->kids[1] = n->kids[3];    n->counts[1] = n->counts[3];
+           } else { /* ki == 3 */
+               m->kids[0] = n->kids[0];    m->counts[0] = n->counts[0];
+               m->elems[0] = n->elems[0];
+               m->kids[1] = n->kids[1];    m->counts[1] = n->counts[1];
+               m->elems[1] = n->elems[1];
+               m->kids[2] = n->kids[2];    m->counts[2] = n->counts[2];
+               n->kids[0] = left;          n->counts[0] = lcount;
+               n->elems[0] = e;
+               n->kids[1] = right;         n->counts[1] = rcount;
+               e = n->elems[2];
+           }
+           m->kids[3] = n->kids[3] = n->kids[2] = NULL;
+           m->counts[3] = n->counts[3] = n->counts[2] = 0;
+           m->elems[2] = n->elems[2] = n->elems[1] = NULL;
+           if (m->kids[0]) m->kids[0]->parent = m;
+           if (m->kids[1]) m->kids[1]->parent = m;
+           if (m->kids[2]) m->kids[2]->parent = m;
+           if (n->kids[0]) n->kids[0]->parent = n;
+           if (n->kids[1]) n->kids[1]->parent = n;
+           LOG(("  left (%p): %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d\n", m,
+                m->kids[0], m->counts[0], m->elems[0],
+                m->kids[1], m->counts[1], m->elems[1],
+                m->kids[2], m->counts[2]));
+           LOG(("  right (%p): %p/%d \"%s\" %p/%d\n", n,
+                n->kids[0], n->counts[0], n->elems[0],
+                n->kids[1], n->counts[1]));
+           left = m;  lcount = countnode234(left);
+           right = n; rcount = countnode234(right);
+       }
+       if (n->parent)
+           ki = (n->parent->kids[0] == n ? 0 :
+                 n->parent->kids[1] == n ? 1 :
+                 n->parent->kids[2] == n ? 2 : 3);
+       n = n->parent;
+    }
+
+    /*
+     * If we've come out of here by `break', n will still be
+     * non-NULL and all we need to do is go back up the tree
+     * updating counts. If we've come here because n is NULL, we
+     * need to create a new root for the tree because the old one
+     * has just split into two. */
+    if (n) {
+       while (n->parent) {
+           int count = countnode234(n);
+           int childnum;
+           childnum = (n->parent->kids[0] == n ? 0 :
+                       n->parent->kids[1] == n ? 1 :
+                       n->parent->kids[2] == n ? 2 : 3);
+           n->parent->counts[childnum] = count;
+           n = n->parent;
+       }
+       return 0;                      /* root unchanged */
+    } else {
+       LOG(("  root is overloaded, split into two\n"));
+       (*root) = mknew(node234);
+       (*root)->kids[0] = left;     (*root)->counts[0] = lcount;
+       (*root)->elems[0] = e;
+       (*root)->kids[1] = right;    (*root)->counts[1] = rcount;
+       (*root)->elems[1] = NULL;
+       (*root)->kids[2] = NULL;     (*root)->counts[2] = 0;
+       (*root)->elems[2] = NULL;
+       (*root)->kids[3] = NULL;     (*root)->counts[3] = 0;
+       (*root)->parent = NULL;
+       if ((*root)->kids[0]) (*root)->kids[0]->parent = (*root);
+       if ((*root)->kids[1]) (*root)->kids[1]->parent = (*root);
+       LOG(("  new root is %p/%d \"%s\" %p/%d\n",
+            (*root)->kids[0], (*root)->counts[0],
+            (*root)->elems[0],
+            (*root)->kids[1], (*root)->counts[1]));
+       return 1;                      /* root moved */
+    }
+}
+
+/*
+ * Add an element e to a 2-3-4 tree t. Returns e on success, or if
+ * an existing element compares equal, returns that.
+ */
+static void *add234_internal(tree234 *t, void *e, int index) {
+    node234 *n;
+    int ki;
+    void *orig_e = e;
+    int c;
+
+    LOG(("adding element \"%s\" to tree %p\n", e, t));
+    if (t->root == NULL) {
+       t->root = mknew(node234);
+       t->root->elems[1] = t->root->elems[2] = NULL;
+       t->root->kids[0] = t->root->kids[1] = NULL;
+       t->root->kids[2] = t->root->kids[3] = NULL;
+       t->root->counts[0] = t->root->counts[1] = 0;
+       t->root->counts[2] = t->root->counts[3] = 0;
+       t->root->parent = NULL;
+       t->root->elems[0] = e;
+       LOG(("  created root %p\n", t->root));
+       return orig_e;
+    }
+
+    n = t->root;
+    while (n) {
+       LOG(("  node %p: %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d\n",
+            n,
+            n->kids[0], n->counts[0], n->elems[0],
+            n->kids[1], n->counts[1], n->elems[1],
+            n->kids[2], n->counts[2], n->elems[2],
+            n->kids[3], n->counts[3]));
+       if (index >= 0) {
+           if (!n->kids[0]) {
+               /*
+                * Leaf node. We want to insert at kid position
+                * equal to the index:
+                * 
+                *   0 A 1 B 2 C 3
+                */
+               ki = index;
+           } else {
+               /*
+                * Internal node. We always descend through it (add
+                * always starts at the bottom, never in the
+                * middle).
+                */
+               if (index <= n->counts[0]) {
+                   ki = 0;
+               } else if (index -= n->counts[0] + 1, index <= n->counts[1]) {
+                   ki = 1;
+               } else if (index -= n->counts[1] + 1, index <= n->counts[2]) {
+                   ki = 2;
+               } else if (index -= n->counts[2] + 1, index <= n->counts[3]) {
+                   ki = 3;
+               } else
+                   return NULL;       /* error: index out of range */
+           }
+       } else {
+           if ((c = t->cmp(e, n->elems[0])) < 0)
+               ki = 0;
+           else if (c == 0)
+               return n->elems[0];            /* already exists */
+           else if (n->elems[1] == NULL || (c = t->cmp(e, n->elems[1])) < 0)
+               ki = 1;
+           else if (c == 0)
+               return n->elems[1];            /* already exists */
+           else if (n->elems[2] == NULL || (c = t->cmp(e, n->elems[2])) < 0)
+               ki = 2;
+           else if (c == 0)
+               return n->elems[2];            /* already exists */
+           else
+               ki = 3;
+       }
+       LOG(("  moving to child %d (%p)\n", ki, n->kids[ki]));
+       if (!n->kids[ki])
+           break;
+       n = n->kids[ki];
+    }
+
+    add234_insert(NULL, e, NULL, &t->root, n, ki);
+
+    return orig_e;
+}
+
+void *add234(tree234 *t, void *e) {
+    if (!t->cmp)                      /* tree is unsorted */
+       return NULL;
+
+    return add234_internal(t, e, -1);
+}
+void *addpos234(tree234 *t, void *e, int index) {
+    if (index < 0 ||                  /* index out of range */
+       t->cmp)                        /* tree is sorted */
+       return NULL;                   /* return failure */
+
+    return add234_internal(t, e, index);  /* this checks the upper bound */
+}
+
+/*
+ * Look up the element at a given numeric index in a 2-3-4 tree.
+ * Returns NULL if the index is out of range.
+ */
+void *index234(tree234 *t, int index) {
+    node234 *n;
+
+    if (!t->root)
+       return NULL;                   /* tree is empty */
+
+    if (index < 0 || index >= countnode234(t->root))
+       return NULL;                   /* out of range */
+
+    n = t->root;
+    
+    while (n) {
+       if (index < n->counts[0])
+           n = n->kids[0];
+       else if (index -= n->counts[0] + 1, index < 0)
+           return n->elems[0];
+       else if (index < n->counts[1])
+           n = n->kids[1];
+       else if (index -= n->counts[1] + 1, index < 0)
+           return n->elems[1];
+       else if (index < n->counts[2])
+           n = n->kids[2];
+       else if (index -= n->counts[2] + 1, index < 0)
+           return n->elems[2];
+       else
+           n = n->kids[3];
+    }
+
+    /* We shouldn't ever get here. I wonder how we did. */
+    return NULL;
+}
+
+/*
+ * Find an element e in a sorted 2-3-4 tree t. Returns NULL if not
+ * found. e is always passed as the first argument to cmp, so cmp
+ * can be an asymmetric function if desired. cmp can also be passed
+ * as NULL, in which case the compare function from the tree proper
+ * will be used.
+ */
+void *findrelpos234(tree234 *t, void *e, cmpfn234 cmp,
+                   int relation, int *index) {
+    node234 *n;
+    void *ret;
+    int c;
+    int idx, ecount, kcount, cmpret;
+
+    if (t->root == NULL)
+       return NULL;
+
+    if (cmp == NULL)
+       cmp = t->cmp;
+
+    n = t->root;
+    /*
+     * Attempt to find the element itself.
+     */
+    idx = 0;
+    ecount = -1;
+    /*
+     * Prepare a fake `cmp' result if e is NULL.
+     */
+    cmpret = 0;
+    if (e == NULL) {
+       assert(relation == REL234_LT || relation == REL234_GT);
+       if (relation == REL234_LT)
+           cmpret = +1;               /* e is a max: always greater */
+       else if (relation == REL234_GT)
+           cmpret = -1;               /* e is a min: always smaller */
+    }
+    while (1) {
+       for (kcount = 0; kcount < 4; kcount++) {
+           if (kcount >= 3 || n->elems[kcount] == NULL ||
+               (c = cmpret ? cmpret : cmp(e, n->elems[kcount])) < 0) {
+               break;
+           }
+           if (n->kids[kcount]) idx += n->counts[kcount];
+           if (c == 0) {
+               ecount = kcount;
+               break;
+           }
+           idx++;
+       }
+       if (ecount >= 0)
+           break;
+       if (n->kids[kcount])
+           n = n->kids[kcount];
+       else
+           break;
+    }
+
+    if (ecount >= 0) {
+       /*
+        * We have found the element we're looking for. It's
+        * n->elems[ecount], at tree index idx. If our search
+        * relation is EQ, LE or GE we can now go home.
+        */
+       if (relation != REL234_LT && relation != REL234_GT) {
+           if (index) *index = idx;
+           return n->elems[ecount];
+       }
+
+       /*
+        * Otherwise, we'll do an indexed lookup for the previous
+        * or next element. (It would be perfectly possible to
+        * implement these search types in a non-counted tree by
+        * going back up from where we are, but far more fiddly.)
+        */
+       if (relation == REL234_LT)
+           idx--;
+       else
+           idx++;
+    } else {
+       /*
+        * We've found our way to the bottom of the tree and we
+        * know where we would insert this node if we wanted to:
+        * we'd put it in in place of the (empty) subtree
+        * n->kids[kcount], and it would have index idx
+        * 
+        * But the actual element isn't there. So if our search
+        * relation is EQ, we're doomed.
+        */
+       if (relation == REL234_EQ)
+           return NULL;
+
+       /*
+        * Otherwise, we must do an index lookup for index idx-1
+        * (if we're going left - LE or LT) or index idx (if we're
+        * going right - GE or GT).
+        */
+       if (relation == REL234_LT || relation == REL234_LE) {
+           idx--;
+       }
+    }
+
+    /*
+     * We know the index of the element we want; just call index234
+     * to do the rest. This will return NULL if the index is out of
+     * bounds, which is exactly what we want.
+     */
+    ret = index234(t, idx);
+    if (ret && index) *index = idx;
+    return ret;
+}
+void *find234(tree234 *t, void *e, cmpfn234 cmp) {
+    return findrelpos234(t, e, cmp, REL234_EQ, NULL);
+}
+void *findrel234(tree234 *t, void *e, cmpfn234 cmp, int relation) {
+    return findrelpos234(t, e, cmp, relation, NULL);
+}
+void *findpos234(tree234 *t, void *e, cmpfn234 cmp, int *index) {
+    return findrelpos234(t, e, cmp, REL234_EQ, index);
+}
+
+/*
+ * Tree transformation used in delete and split: move a subtree
+ * right, from child ki of a node to the next child. Update k and
+ * index so that they still point to the same place in the
+ * transformed tree. Assumes the destination child is not full, and
+ * that the source child does have a subtree to spare. Can cope if
+ * the destination child is undersized.
+ * 
+ *                . C .                     . B .
+ *               /     \     ->            /     \
+ * [more] a A b B c   d D e      [more] a A b   c C d D e
+ * 
+ *                 . C .                     . B .
+ *                /     \    ->             /     \
+ *  [more] a A b B c     d        [more] a A b   c C d
+ */
+static void trans234_subtree_right(node234 *n, int ki, int *k, int *index) {
+    node234 *src, *dest;
+    int i, srclen, adjust;
+
+    src = n->kids[ki];
+    dest = n->kids[ki+1];
+
+    LOG(("  trans234_subtree_right(%p, %d):\n", n, ki));
+    LOG(("    parent %p: %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d\n",
+        n,
+        n->kids[0], n->counts[0], n->elems[0],
+        n->kids[1], n->counts[1], n->elems[1],
+        n->kids[2], n->counts[2], n->elems[2],
+        n->kids[3], n->counts[3]));
+    LOG(("    src %p: %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d\n",
+        src,
+        src->kids[0], src->counts[0], src->elems[0],
+        src->kids[1], src->counts[1], src->elems[1],
+        src->kids[2], src->counts[2], src->elems[2],
+        src->kids[3], src->counts[3]));
+    LOG(("    dest %p: %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d\n",
+        dest,
+        dest->kids[0], dest->counts[0], dest->elems[0],
+        dest->kids[1], dest->counts[1], dest->elems[1],
+        dest->kids[2], dest->counts[2], dest->elems[2],
+        dest->kids[3], dest->counts[3]));
+    /*
+     * Move over the rest of the destination node to make space.
+     */
+    dest->kids[3] = dest->kids[2];    dest->counts[3] = dest->counts[2];
+    dest->elems[2] = dest->elems[1];
+    dest->kids[2] = dest->kids[1];    dest->counts[2] = dest->counts[1];
+    dest->elems[1] = dest->elems[0];
+    dest->kids[1] = dest->kids[0];    dest->counts[1] = dest->counts[0];
+
+    /* which element to move over */
+    i = (src->elems[2] ? 2 : src->elems[1] ? 1 : 0);
+
+    dest->elems[0] = n->elems[ki];
+    n->elems[ki] = src->elems[i];
+    src->elems[i] = NULL;
+
+    dest->kids[0] = src->kids[i+1];   dest->counts[0] = src->counts[i+1];
+    src->kids[i+1] = NULL;            src->counts[i+1] = 0;
+
+    if (dest->kids[0]) dest->kids[0]->parent = dest;
+
+    adjust = dest->counts[0] + 1;
+
+    n->counts[ki] -= adjust;
+    n->counts[ki+1] += adjust;
+
+    srclen = n->counts[ki];
+
+    if (k) {
+       LOG(("    before: k,index = %d,%d\n", (*k), (*index)));
+       if ((*k) == ki && (*index) > srclen) {
+           (*index) -= srclen + 1;
+           (*k)++;
+       } else if ((*k) == ki+1) {
+           (*index) += adjust;
+       }
+       LOG(("    after: k,index = %d,%d\n", (*k), (*index)));
+    }
+
+    LOG(("    parent %p: %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d\n",
+        n,
+        n->kids[0], n->counts[0], n->elems[0],
+        n->kids[1], n->counts[1], n->elems[1],
+        n->kids[2], n->counts[2], n->elems[2],
+        n->kids[3], n->counts[3]));
+    LOG(("    src %p: %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d\n",
+        src,
+        src->kids[0], src->counts[0], src->elems[0],
+        src->kids[1], src->counts[1], src->elems[1],
+        src->kids[2], src->counts[2], src->elems[2],
+        src->kids[3], src->counts[3]));
+    LOG(("    dest %p: %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d\n",
+        dest,
+        dest->kids[0], dest->counts[0], dest->elems[0],
+        dest->kids[1], dest->counts[1], dest->elems[1],
+        dest->kids[2], dest->counts[2], dest->elems[2],
+        dest->kids[3], dest->counts[3]));
+}
+
+/*
+ * Tree transformation used in delete and split: move a subtree
+ * left, from child ki of a node to the previous child. Update k
+ * and index so that they still point to the same place in the
+ * transformed tree. Assumes the destination child is not full, and
+ * that the source child does have a subtree to spare. Can cope if
+ * the destination child is undersized. 
+ *
+ *      . B .                             . C .
+ *     /     \                ->         /     \
+ *  a A b   c C d D e [more]      a A b B c   d D e [more]
+ *
+ *     . A .                             . B .
+ *    /     \                 ->        /     \
+ *   a   b B c C d [more]            a A b   c C d [more]
+ */
+static void trans234_subtree_left(node234 *n, int ki, int *k, int *index) {
+    node234 *src, *dest;
+    int i, adjust;
+
+    src = n->kids[ki];
+    dest = n->kids[ki-1];
+
+    LOG(("  trans234_subtree_left(%p, %d):\n", n, ki));
+    LOG(("    parent %p: %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d\n",
+        n,
+        n->kids[0], n->counts[0], n->elems[0],
+        n->kids[1], n->counts[1], n->elems[1],
+        n->kids[2], n->counts[2], n->elems[2],
+        n->kids[3], n->counts[3]));
+    LOG(("    dest %p: %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d\n",
+        dest,
+        dest->kids[0], dest->counts[0], dest->elems[0],
+        dest->kids[1], dest->counts[1], dest->elems[1],
+        dest->kids[2], dest->counts[2], dest->elems[2],
+        dest->kids[3], dest->counts[3]));
+    LOG(("    src %p: %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d\n",
+        src,
+        src->kids[0], src->counts[0], src->elems[0],
+        src->kids[1], src->counts[1], src->elems[1],
+        src->kids[2], src->counts[2], src->elems[2],
+        src->kids[3], src->counts[3]));
+
+    /* where in dest to put it */
+    i = (dest->elems[1] ? 2 : dest->elems[0] ? 1 : 0);
+    dest->elems[i] = n->elems[ki-1];
+    n->elems[ki-1] = src->elems[0];
+
+    dest->kids[i+1] = src->kids[0];   dest->counts[i+1] = src->counts[0];
+
+    if (dest->kids[i+1]) dest->kids[i+1]->parent = dest;
+
+    /*
+     * Move over the rest of the source node.
+     */
+    src->kids[0] = src->kids[1];      src->counts[0] = src->counts[1];
+    src->elems[0] = src->elems[1];
+    src->kids[1] = src->kids[2];      src->counts[1] = src->counts[2];
+    src->elems[1] = src->elems[2];
+    src->kids[2] = src->kids[3];      src->counts[2] = src->counts[3];
+    src->elems[2] = NULL;
+    src->kids[3] = NULL;              src->counts[3] = 0;
+
+    adjust = dest->counts[i+1] + 1;
+
+    n->counts[ki] -= adjust;
+    n->counts[ki-1] += adjust;
+
+    if (k) {
+       LOG(("    before: k,index = %d,%d\n", (*k), (*index)));
+       if ((*k) == ki) {
+           (*index) -= adjust;
+           if ((*index) < 0) {
+               (*index) += n->counts[ki-1] + 1;
+               (*k)--;
+           }
+       }
+       LOG(("    after: k,index = %d,%d\n", (*k), (*index)));
+    }
+
+    LOG(("    parent %p: %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d\n",
+        n,
+        n->kids[0], n->counts[0], n->elems[0],
+        n->kids[1], n->counts[1], n->elems[1],
+        n->kids[2], n->counts[2], n->elems[2],
+        n->kids[3], n->counts[3]));
+    LOG(("    dest %p: %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d\n",
+        dest,
+        dest->kids[0], dest->counts[0], dest->elems[0],
+        dest->kids[1], dest->counts[1], dest->elems[1],
+        dest->kids[2], dest->counts[2], dest->elems[2],
+        dest->kids[3], dest->counts[3]));
+    LOG(("    src %p: %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d\n",
+        src,
+        src->kids[0], src->counts[0], src->elems[0],
+        src->kids[1], src->counts[1], src->elems[1],
+        src->kids[2], src->counts[2], src->elems[2],
+        src->kids[3], src->counts[3]));
+}
+
+/*
+ * Tree transformation used in delete and split: merge child nodes
+ * ki and ki+1 of a node. Update k and index so that they still
+ * point to the same place in the transformed tree. Assumes both
+ * children _are_ sufficiently small.
+ *
+ *      . B .                .
+ *     /     \     ->        |
+ *  a A b   c C d      a A b B c C d
+ * 
+ * This routine can also cope with either child being undersized:
+ * 
+ *     . A .                 .
+ *    /     \      ->        |
+ *   a     b B c         a A b B c
+ *
+ *    . A .                  .
+ *   /     \       ->        |
+ *  a   b B c C d      a A b B c C d
+ */
+static void trans234_subtree_merge(node234 *n, int ki, int *k, int *index) {
+    node234 *left, *right;
+    int i, leftlen, rightlen, lsize, rsize;
+
+    left = n->kids[ki];               leftlen = n->counts[ki];
+    right = n->kids[ki+1];            rightlen = n->counts[ki+1];
+
+    LOG(("  trans234_subtree_merge(%p, %d):\n", n, ki));
+    LOG(("    parent %p: %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d\n",
+        n,
+        n->kids[0], n->counts[0], n->elems[0],
+        n->kids[1], n->counts[1], n->elems[1],
+        n->kids[2], n->counts[2], n->elems[2],
+        n->kids[3], n->counts[3]));
+    LOG(("    left %p: %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d\n",
+        left,
+        left->kids[0], left->counts[0], left->elems[0],
+        left->kids[1], left->counts[1], left->elems[1],
+        left->kids[2], left->counts[2], left->elems[2],
+        left->kids[3], left->counts[3]));
+    LOG(("    right %p: %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d\n",
+        right,
+        right->kids[0], right->counts[0], right->elems[0],
+        right->kids[1], right->counts[1], right->elems[1],
+        right->kids[2], right->counts[2], right->elems[2],
+        right->kids[3], right->counts[3]));
+
+    assert(!left->elems[2] && !right->elems[2]);   /* neither is large! */
+    lsize = (left->elems[1] ? 2 : left->elems[0] ? 1 : 0);
+    rsize = (right->elems[1] ? 2 : right->elems[0] ? 1 : 0);
+
+    left->elems[lsize] = n->elems[ki];
+
+    for (i = 0; i < rsize+1; i++) {
+       left->kids[lsize+1+i] = right->kids[i];
+       left->counts[lsize+1+i] = right->counts[i];
+       if (left->kids[lsize+1+i])
+           left->kids[lsize+1+i]->parent = left;
+       if (i < rsize)
+           left->elems[lsize+1+i] = right->elems[i];
+    }
+
+    n->counts[ki] += rightlen + 1;
+
+    sfree(right);
+
+    /*
+     * Move the rest of n up by one.
+     */
+    for (i = ki+1; i < 3; i++) {
+       n->kids[i] = n->kids[i+1];
+       n->counts[i] = n->counts[i+1];
+    }
+    for (i = ki; i < 2; i++) {
+       n->elems[i] = n->elems[i+1];
+    }
+    n->kids[3] = NULL;
+    n->counts[3] = 0;
+    n->elems[2] = NULL;
+
+    if (k) {
+       LOG(("    before: k,index = %d,%d\n", (*k), (*index)));
+       if ((*k) == ki+1) {
+           (*k)--;
+           (*index) += leftlen + 1;
+       } else if ((*k) > ki+1) {
+           (*k)--;
+       }
+       LOG(("    after: k,index = %d,%d\n", (*k), (*index)));
+    }
+
+    LOG(("    parent %p: %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d\n",
+        n,
+        n->kids[0], n->counts[0], n->elems[0],
+        n->kids[1], n->counts[1], n->elems[1],
+        n->kids[2], n->counts[2], n->elems[2],
+        n->kids[3], n->counts[3]));
+    LOG(("    merged %p: %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d\n",
+        left,
+        left->kids[0], left->counts[0], left->elems[0],
+        left->kids[1], left->counts[1], left->elems[1],
+        left->kids[2], left->counts[2], left->elems[2],
+        left->kids[3], left->counts[3]));
+
+}
+    
+/*
+ * Delete an element e in a 2-3-4 tree. Does not free the element,
+ * merely removes all links to it from the tree nodes.
+ */
+static void *delpos234_internal(tree234 *t, int index) {
+    node234 *n;
+    void *retval;
+    int ki, i;
+
+    retval = NULL;
+
+    n = t->root;                      /* by assumption this is non-NULL */
+    LOG(("deleting item %d from tree %p\n", index, t));
+    while (1) {
+       node234 *sub;
+
+       LOG(("  node %p: %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d index=%d\n",
+            n,
+            n->kids[0], n->counts[0], n->elems[0],
+            n->kids[1], n->counts[1], n->elems[1],
+            n->kids[2], n->counts[2], n->elems[2],
+            n->kids[3], n->counts[3],
+            index));
+       if (index <= n->counts[0]) {
+           ki = 0;
+       } else if (index -= n->counts[0]+1, index <= n->counts[1]) {
+           ki = 1;
+       } else if (index -= n->counts[1]+1, index <= n->counts[2]) {
+           ki = 2;
+       } else if (index -= n->counts[2]+1, index <= n->counts[3]) {
+           ki = 3;
+       } else {
+           assert(0);                 /* can't happen */
+       }
+
+       if (!n->kids[0])
+           break;                     /* n is a leaf node; we're here! */
+
+       /*
+        * Check to see if we've found our target element. If so,
+        * we must choose a new target (we'll use the old target's
+        * successor, which will be in a leaf), move it into the
+        * place of the old one, continue down to the leaf and
+        * delete the old copy of the new target.
+        */
+       if (index == n->counts[ki]) {
+           node234 *m;
+           LOG(("  found element in internal node, index %d\n", ki));
+           assert(n->elems[ki]);      /* must be a kid _before_ an element */
+           ki++; index = 0;
+           for (m = n->kids[ki]; m->kids[0]; m = m->kids[0])
+               continue;
+           LOG(("  replacing with element \"%s\" from leaf node %p\n",
+                m->elems[0], m));
+           retval = n->elems[ki-1];
+           n->elems[ki-1] = m->elems[0];
+       }
+
+       /*
+        * Recurse down to subtree ki. If it has only one element,
+        * we have to do some transformation to start with.
+        */
+       LOG(("  moving to subtree %d\n", ki));
+       sub = n->kids[ki];
+       if (!sub->elems[1]) {
+           LOG(("  subtree has only one element!\n"));
+           if (ki > 0 && n->kids[ki-1]->elems[1]) {
+               /*
+                * Child ki has only one element, but child
+                * ki-1 has two or more. So we need to move a
+                * subtree from ki-1 to ki.
+                */
+               trans234_subtree_right(n, ki-1, &ki, &index);
+           } else if (ki < 3 && n->kids[ki+1] &&
+                      n->kids[ki+1]->elems[1]) {
+               /*
+                * Child ki has only one element, but ki+1 has
+                * two or more. Move a subtree from ki+1 to ki.
+                */
+               trans234_subtree_left(n, ki+1, &ki, &index);
+           } else {
+               /*
+                * ki is small with only small neighbours. Pick a
+                * neighbour and merge with it.
+                */
+               trans234_subtree_merge(n, ki>0 ? ki-1 : ki, &ki, &index);
+               sub = n->kids[ki];
+
+               if (!n->elems[0]) {
+                   /*
+                    * The root is empty and needs to be
+                    * removed.
+                    */
+                   LOG(("  shifting root!\n"));
+                   t->root = sub;
+                   sub->parent = NULL;
+                   sfree(n);
+                   n = NULL;
+               }
+           }
+       }
+
+       if (n)
+           n->counts[ki]--;
+       n = sub;
+    }
+
+    /*
+     * Now n is a leaf node, and ki marks the element number we
+     * want to delete. We've already arranged for the leaf to be
+     * bigger than minimum size, so let's just go to it.
+     */
+    assert(!n->kids[0]);
+    if (!retval)
+       retval = n->elems[ki];
+
+    for (i = ki; i < 2 && n->elems[i+1]; i++)
+       n->elems[i] = n->elems[i+1];
+    n->elems[i] = NULL;
+
+    /*
+     * It's just possible that we have reduced the leaf to zero
+     * size. This can only happen if it was the root - so destroy
+     * it and make the tree empty.
+     */
+    if (!n->elems[0]) {
+       LOG(("  removed last element in tree, destroying empty root\n"));
+       assert(n == t->root);
+       sfree(n);
+       t->root = NULL;
+    }
+
+    return retval;                    /* finished! */
+}
+void *delpos234(tree234 *t, int index) {
+    if (index < 0 || index >= countnode234(t->root))
+       return NULL;
+    return delpos234_internal(t, index);
+}
+void *del234(tree234 *t, void *e) {
+    int index;
+    if (!findrelpos234(t, e, NULL, REL234_EQ, &index))
+       return NULL;                   /* it wasn't in there anyway */
+    return delpos234_internal(t, index); /* it's there; delete it. */
+}
+
+/*
+ * Join two subtrees together with a separator element between
+ * them, given their relative height.
+ * 
+ * (Height<0 means the left tree is shorter, >0 means the right
+ * tree is shorter, =0 means (duh) they're equal.)
+ * 
+ * It is assumed that any checks needed on the ordering criterion
+ * have _already_ been done.
+ * 
+ * The value returned in `height' is 0 or 1 depending on whether the
+ * resulting tree is the same height as the original larger one, or
+ * one higher.
+ */
+static node234 *join234_internal(node234 *left, void *sep,
+                                node234 *right, int *height) {
+    node234 *root, *node;
+    int relht = *height;
+    int ki;
+
+    LOG(("  join: joining %p \"%s\" %p, relative height is %d\n",
+        left, sep, right, relht));
+    if (relht == 0) {
+       /*
+        * The trees are the same height. Create a new one-element
+        * root containing the separator and pointers to the two
+        * nodes.
+        */
+       node234 *newroot;
+       newroot = mknew(node234);
+       newroot->kids[0] = left;     newroot->counts[0] = countnode234(left);
+       newroot->elems[0] = sep;
+       newroot->kids[1] = right;    newroot->counts[1] = countnode234(right);
+       newroot->elems[1] = NULL;
+       newroot->kids[2] = NULL;     newroot->counts[2] = 0;
+       newroot->elems[2] = NULL;
+       newroot->kids[3] = NULL;     newroot->counts[3] = 0;
+       newroot->parent = NULL;
+       if (left) left->parent = newroot;
+       if (right) right->parent = newroot;
+       *height = 1;
+       LOG(("  join: same height, brand new root\n"));
+       return newroot;
+    }
+
+    /*
+     * This now works like the addition algorithm on the larger
+     * tree. We're replacing a single kid pointer with two kid
+     * pointers separated by an element; if that causes the node to
+     * overload, we split it in two, move a separator element up to
+     * the next node, and repeat.
+     */
+    if (relht < 0) {
+       /*
+        * Left tree is shorter. Search down the right tree to find
+        * the pointer we're inserting at.
+        */
+       node = root = right;
+       while (++relht < 0) {
+           node = node->kids[0];
+       }
+       ki = 0;
+       right = node->kids[ki];
+    } else {
+       /*
+        * Right tree is shorter; search down the left to find the
+        * pointer we're inserting at.
+        */
+       node = root = left;
+       while (--relht > 0) {
+           if (node->elems[2])
+               node = node->kids[3];
+           else if (node->elems[1])
+               node = node->kids[2];
+           else
+               node = node->kids[1];
+       }
+       if (node->elems[2])
+           ki = 3;
+       else if (node->elems[1])
+           ki = 2;
+       else
+           ki = 1;
+       left = node->kids[ki];
+    }
+
+    /*
+     * Now proceed as for addition.
+     */
+    *height = add234_insert(left, sep, right, &root, node, ki);
+
+    return root;
+}
+static int height234(tree234 *t) {
+    int level = 0;
+    node234 *n = t->root;
+    while (n) {
+       level++;
+       n = n->kids[0];
+    }
+    return level;
+}
+tree234 *join234(tree234 *t1, tree234 *t2) {
+    int size2 = countnode234(t2->root);
+    if (size2 > 0) {
+       void *element;
+       int relht;
+
+       if (t1->cmp) {
+           element = index234(t2, 0);
+           element = findrelpos234(t1, element, NULL, REL234_GE, NULL);
+           if (element)
+               return NULL;
+       }
+
+       element = delpos234(t2, 0);
+       relht = height234(t1) - height234(t2);
+       t1->root = join234_internal(t1->root, element, t2->root, &relht);
+       t2->root = NULL;
+    }
+    return t1;
+}
+tree234 *join234r(tree234 *t1, tree234 *t2) {
+    int size1 = countnode234(t1->root);
+    if (size1 > 0) {
+       void *element;
+       int relht;
+
+       if (t2->cmp) {
+           element = index234(t1, size1-1);
+           element = findrelpos234(t2, element, NULL, REL234_LE, NULL);
+           if (element)
+               return NULL;
+       }
+
+       element = delpos234(t1, size1-1);
+       relht = height234(t1) - height234(t2);
+       t2->root = join234_internal(t1->root, element, t2->root, &relht);
+       t1->root = NULL;
+    }
+    return t2;
+}
+
+/*
+ * Split out the first <index> elements in a tree and return a
+ * pointer to the root node. Leave the root node of the remainder
+ * in t.
+ */
+static node234 *split234_internal(tree234 *t, int index) {
+    node234 *halves[2], *n, *sib, *sub;
+    node234 *lparent, *rparent;
+    int ki, pki, i, half, lcount, rcount;
+
+    n = t->root;
+    LOG(("splitting tree %p at point %d\n", t, index));
+
+    /*
+     * Easy special cases. After this we have also dealt completely
+     * with the empty-tree case and we can assume the root exists.
+     */
+    if (index == 0)                   /* return nothing */
+       return NULL;
+    if (index == countnode234(t->root)) {   /* return the whole tree */
+       node234 *ret = t->root;
+       t->root = NULL;
+       return ret;
+    }
+
+    /*
+     * Search down the tree to find the split point.
+     */
+    lparent = rparent = NULL;
+    pki = -1;
+    while (n) {
+       LOG(("  node %p: %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d index=%d\n",
+            n,
+            n->kids[0], n->counts[0], n->elems[0],
+            n->kids[1], n->counts[1], n->elems[1],
+            n->kids[2], n->counts[2], n->elems[2],
+            n->kids[3], n->counts[3],
+            index));
+       lcount = index;
+       rcount = countnode234(n) - lcount;
+       if (index <= n->counts[0]) {
+           ki = 0;
+       } else if (index -= n->counts[0]+1, index <= n->counts[1]) {
+           ki = 1;
+       } else if (index -= n->counts[1]+1, index <= n->counts[2]) {
+           ki = 2;
+       } else {
+           index -= n->counts[2]+1;
+           ki = 3;
+       }
+
+       LOG(("  splitting at subtree %d\n", ki));
+       sub = n->kids[ki];
+
+       LOG(("  splitting at child index %d\n", ki));
+
+       /*
+        * Split the node, put halves[0] on the right of the left
+        * one and halves[1] on the left of the right one, put the
+        * new node pointers in halves[0] and halves[1], and go up
+        * a level.
+        */
+       sib = mknew(node234);
+       for (i = 0; i < 3; i++) {
+           if (i+ki < 3 && n->elems[i+ki]) {
+               sib->elems[i] = n->elems[i+ki];
+               sib->kids[i+1] = n->kids[i+ki+1];
+               if (sib->kids[i+1]) sib->kids[i+1]->parent = sib;
+               sib->counts[i+1] = n->counts[i+ki+1];
+               n->elems[i+ki] = NULL;
+               n->kids[i+ki+1] = NULL;
+               n->counts[i+ki+1] = 0;
+           } else {
+               sib->elems[i] = NULL;
+               sib->kids[i+1] = NULL;
+               sib->counts[i+1] = 0;
+           }
+       }
+       if (lparent) {
+           lparent->kids[pki] = n;
+           lparent->counts[pki] = lcount;
+           n->parent = lparent;
+           rparent->kids[0] = sib;
+           rparent->counts[0] = rcount;
+           sib->parent = rparent;
+       } else {
+           halves[0] = n;
+           n->parent = NULL;
+           halves[1] = sib;
+           sib->parent = NULL;
+       }
+       lparent = n;
+       rparent = sib;
+       pki = ki;
+       LOG(("  left node %p: %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d\n",
+            n,
+            n->kids[0], n->counts[0], n->elems[0],
+            n->kids[1], n->counts[1], n->elems[1],
+            n->kids[2], n->counts[2], n->elems[2],
+            n->kids[3], n->counts[3]));
+       LOG(("  right node %p: %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d\n",
+            sib,
+            sib->kids[0], sib->counts[0], sib->elems[0],
+            sib->kids[1], sib->counts[1], sib->elems[1],
+            sib->kids[2], sib->counts[2], sib->elems[2],
+            sib->kids[3], sib->counts[3]));
+
+       n = sub;
+    }
+
+    /*
+     * We've come off the bottom here, so we've successfully split
+     * the tree into two equally high subtrees. The only problem is
+     * that some of the nodes down the fault line will be smaller
+     * than the minimum permitted size. (Since this is a 2-3-4
+     * tree, that means they'll be zero-element one-child nodes.)
+     */
+    LOG(("  fell off bottom, lroot is %p, rroot is %p\n",
+        halves[0], halves[1]));
+    lparent->counts[pki] = rparent->counts[0] = 0;
+    lparent->kids[pki] = rparent->kids[0] = NULL;
+
+    /*
+     * So now we go back down the tree from each of the two roots,
+     * fixing up undersize nodes.
+     */
+    for (half = 0; half < 2; half++) {
+       /*
+        * Remove the root if it's undersize (it will contain only
+        * one child pointer, so just throw it away and replace it
+        * with its child). This might happen several times.
+        */
+       while (halves[half] && !halves[half]->elems[0]) {
+           LOG(("  root %p is undersize, throwing away\n", halves[half]));
+           halves[half] = halves[half]->kids[0];
+           sfree(halves[half]->parent);
+           halves[half]->parent = NULL;
+           LOG(("  new root is %p\n", halves[half]));
+       }
+
+       n = halves[half];
+       while (n) {
+           void (*toward)(node234 *n, int ki, int *k, int *index);
+           int ni, merge;
+
+           /*
+            * Now we have a potentially undersize node on the
+            * right (if half==0) or left (if half==1). Sort it
+            * out, by merging with a neighbour or by transferring
+            * subtrees over. At this time we must also ensure that
+            * nodes are bigger than minimum, in case we need an
+            * element to merge two nodes below.
+            */
+           LOG(("  node %p: %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d \"%s\" %p/%d\n",
+                n,
+                n->kids[0], n->counts[0], n->elems[0],
+                n->kids[1], n->counts[1], n->elems[1],
+                n->kids[2], n->counts[2], n->elems[2],
+                n->kids[3], n->counts[3]));
+           if (half == 1) {
+               ki = 0;                /* the kid we're interested in */
+               ni = 1;                /* the neighbour */
+               merge = 0;             /* for merge: leftmost of the two */
+               toward = trans234_subtree_left;
+           } else {
+               ki = (n->kids[3] ? 3 : n->kids[2] ? 2 : 1);
+               ni = ki-1;
+               merge = ni;
+               toward = trans234_subtree_right;
+           }
+
+           sub = n->kids[ki];
+           if (sub && !sub->elems[1]) {
+               /*
+                * This node is undersized or minimum-size. If we
+                * can merge it with its neighbour, we do so;
+                * otherwise we must be able to transfer subtrees
+                * over to it until it is greater than minimum
+                * size.
+                */
+               int undersized = (!sub->elems[0]);
+               LOG(("  child %d is %ssize\n", ki,
+                    undersized ? "under" : "minimum-"));
+               LOG(("  neighbour is %s\n",
+                    n->kids[ni]->elems[2] ? "large" :
+                    n->kids[ni]->elems[1] ? "medium" : "small"));
+               if (!n->kids[ni]->elems[1] ||
+                   (undersized && !n->kids[ni]->elems[2])) {
+                   /*
+                    * Neighbour is small, or possibly neighbour is
+                    * medium and we are undersize.
+                    */
+                   trans234_subtree_merge(n, merge, NULL, NULL);
+                   sub = n->kids[merge];
+                   if (!n->elems[0]) {
+                       /*
+                        * n is empty, and hence must have been the
+                        * root and needs to be removed.
+                        */
+                       assert(!n->parent);
+                       LOG(("  shifting root!\n"));
+                       halves[half] = sub;
+                       halves[half]->parent = NULL;
+                       sfree(n);
+                   }
+               } else {
+                   /* Neighbour is big enough to move trees over. */
+                   toward(n, ni, NULL, NULL);
+                   if (undersized)
+                       toward(n, ni, NULL, NULL);
+               }
+           }
+           n = sub;
+       }
+    }
+
+    t->root = halves[1];
+    return halves[0];
+}
+tree234 *splitpos234(tree234 *t, int index, int before) {
+    tree234 *ret;
+    node234 *n;
+    int count;
+
+    count = countnode234(t->root);
+    if (index < 0 || index > count)
+       return NULL;                   /* error */
+    ret = newtree234(t->cmp);
+    n = split234_internal(t, index);
+    if (before) {
+       /* We want to return the ones before the index. */
+       ret->root = n;
+    } else {
+       /*
+        * We want to keep the ones before the index and return the
+        * ones after.
+        */
+       ret->root = t->root;
+       t->root = n;
+    }
+    return ret;
+}
+tree234 *split234(tree234 *t, void *e, cmpfn234 cmp, int rel) {
+    int before;
+    int index;
+
+    assert(rel != REL234_EQ);
+
+    if (rel == REL234_GT || rel == REL234_GE) {
+       before = 1;
+       rel = (rel == REL234_GT ? REL234_LE : REL234_LT);
+    } else {
+       before = 0;
+    }
+    if (!findrelpos234(t, e, cmp, rel, &index))
+       index = 0;
+
+    return splitpos234(t, index+1, before);
+}
+
+static node234 *copynode234(node234 *n, copyfn234 copyfn, void *copyfnstate) {
+    int i;
+    node234 *n2 = mknew(node234);
+
+    for (i = 0; i < 3; i++) {
+       if (n->elems[i] && copyfn)
+           n2->elems[i] = copyfn(copyfnstate, n->elems[i]);
+       else
+           n2->elems[i] = n->elems[i];
+    }
+
+    for (i = 0; i < 4; i++) {
+       if (n->kids[i]) {
+           n2->kids[i] = copynode234(n->kids[i], copyfn, copyfnstate);
+           n2->kids[i]->parent = n2;
+       } else {
+           n2->kids[i] = NULL;
+       }
+       n2->counts[i] = n->counts[i];
+    }
+
+    return n2;
+}
+tree234 *copytree234(tree234 *t, copyfn234 copyfn, void *copyfnstate) {
+    tree234 *t2;
+
+    t2 = newtree234(t->cmp);
+    t2->root = copynode234(t->root, copyfn, copyfnstate);
+    t2->root->parent = NULL;
+
+    return t2;
+}
+
+#ifdef TEST
+
+/*
+ * Test code for the 2-3-4 tree. This code maintains an alternative
+ * representation of the data in the tree, in an array (using the
+ * obvious and slow insert and delete functions). After each tree
+ * operation, the verify() function is called, which ensures all
+ * the tree properties are preserved:
+ *  - node->child->parent always equals node
+ *  - tree->root->parent always equals NULL
+ *  - number of kids == 0 or number of elements + 1;
+ *  - tree has the same depth everywhere
+ *  - every node has at least one element
+ *  - subtree element counts are accurate
+ *  - any NULL kid pointer is accompanied by a zero count
+ *  - in a sorted tree: ordering property between elements of a
+ *    node and elements of its children is preserved
+ * and also ensures the list represented by the tree is the same
+ * list it should be. (This last check also doubly verifies the
+ * ordering properties, because the `same list it should be' is by
+ * definition correctly ordered. It also ensures all nodes are
+ * distinct, because the enum functions would get caught in a loop
+ * if not.)
+ */
+
+#include <stdarg.h>
+
+#define srealloc realloc
+
+/*
+ * Error reporting function.
+ */
+void error(char *fmt, ...) {
+    va_list ap;
+    printf("ERROR: ");
+    va_start(ap, fmt);
+    vfprintf(stdout, fmt, ap);
+    va_end(ap);
+    printf("\n");
+}
+
+/* The array representation of the data. */
+void **array;
+int arraylen, arraysize;
+cmpfn234 cmp;
+
+/* The tree representation of the same data. */
+tree234 *tree;
+
+/*
+ * Routines to provide a diagnostic printout of a tree. Currently
+ * relies on every element in the tree being a one-character string
+ * :-)
+ */
+typedef struct {
+    char **levels;
+} dispctx;
+
+int dispnode(node234 *n, int level, dispctx *ctx) {
+    if (level == 0) {
+       int xpos = strlen(ctx->levels[0]);
+       int len;
+
+       if (n->elems[2])
+           len = sprintf(ctx->levels[0]+xpos, " %s%s%s",
+                         n->elems[0], n->elems[1], n->elems[2]);
+       else if (n->elems[1])
+           len = sprintf(ctx->levels[0]+xpos, " %s%s",
+                         n->elems[0], n->elems[1]);
+       else
+           len = sprintf(ctx->levels[0]+xpos, " %s",
+                         n->elems[0]);
+       return xpos + 1 + (len-1) / 2;
+    } else {
+       int xpos[4], nkids;
+       int nodelen, mypos, myleft, x, i;
+
+       xpos[0] = dispnode(n->kids[0], level-3, ctx);
+       xpos[1] = dispnode(n->kids[1], level-3, ctx);
+       nkids = 2;
+       if (n->kids[2]) {
+           xpos[2] = dispnode(n->kids[2], level-3, ctx);
+           nkids = 3;
+       }
+       if (n->kids[3]) {
+           xpos[3] = dispnode(n->kids[3], level-3, ctx);
+           nkids = 4;
+       }
+
+       if (nkids == 4)
+           mypos = (xpos[1] + xpos[2]) / 2;
+       else if (nkids == 3)
+           mypos = xpos[1];
+       else
+           mypos = (xpos[0] + xpos[1]) / 2;
+       nodelen = nkids * 2 - 1;
+       myleft = mypos - ((nodelen-1)/2);
+       assert(myleft >= xpos[0]);
+       assert(myleft + nodelen-1 <= xpos[nkids-1]);
+
+       x = strlen(ctx->levels[level]);
+       while (x <= xpos[0] && x < myleft)
+           ctx->levels[level][x++] = ' ';
+       while (x < myleft)
+           ctx->levels[level][x++] = '_';
+       if (nkids==4)
+           x += sprintf(ctx->levels[level]+x, ".%s.%s.%s.",
+                        n->elems[0], n->elems[1], n->elems[2]);
+       else if (nkids==3)
+           x += sprintf(ctx->levels[level]+x, ".%s.%s.",
+                        n->elems[0], n->elems[1]);
+       else
+           x += sprintf(ctx->levels[level]+x, ".%s.",
+                        n->elems[0]);
+       while (x < xpos[nkids-1])
+           ctx->levels[level][x++] = '_';
+       ctx->levels[level][x] = '\0';
+
+       x = strlen(ctx->levels[level-1]);
+       for (i = 0; i < nkids; i++) {
+           int rpos, pos;
+           rpos = xpos[i];
+           if (i > 0 && i < nkids-1)
+               pos = myleft + 2*i;
+           else
+               pos = rpos;
+           if (rpos < pos)
+               rpos++;
+           while (x < pos && x < rpos)
+               ctx->levels[level-1][x++] = ' ';
+           if (x == pos)
+               ctx->levels[level-1][x++] = '|';
+           while (x < pos || x < rpos)
+               ctx->levels[level-1][x++] = '_';
+           if (x == pos)
+               ctx->levels[level-1][x++] = '|';
+       }
+       ctx->levels[level-1][x] = '\0';
+
+       x = strlen(ctx->levels[level-2]);
+       for (i = 0; i < nkids; i++) {
+           int rpos = xpos[i];
+
+           while (x < rpos)
+               ctx->levels[level-2][x++] = ' ';
+           ctx->levels[level-2][x++] = '|';
+       }
+       ctx->levels[level-2][x] = '\0';
+
+       return mypos;
+    }
+}
+
+void disptree(tree234 *t) {
+    dispctx ctx;
+    char *leveldata;
+    int width = count234(t);
+    int ht = height234(t) * 3 - 2;
+    int i;
+
+    if (!t->root) {
+       printf("[empty tree]\n");
+    }
+
+    leveldata = smalloc(ht * (width+2));
+    ctx.levels = smalloc(ht * sizeof(char *));
+    for (i = 0; i < ht; i++) {
+       ctx.levels[i] = leveldata + i * (width+2);
+       ctx.levels[i][0] = '\0';
+    }
+
+    (void) dispnode(t->root, ht-1, &ctx);
+
+    for (i = ht; i-- ;)
+       printf("%s\n", ctx.levels[i]);
+
+    sfree(ctx.levels);
+    sfree(leveldata);
+}
+
+typedef struct {
+    int treedepth;
+    int elemcount;
+} chkctx;
+
+int chknode(chkctx *ctx, int level, node234 *node,
+           void *lowbound, void *highbound) {
+    int nkids, nelems;
+    int i;
+    int count;
+
+    /* Count the non-NULL kids. */
+    for (nkids = 0; nkids < 4 && node->kids[nkids]; nkids++);
+    /* Ensure no kids beyond the first NULL are non-NULL. */
+    for (i = nkids; i < 4; i++)
+        if (node->kids[i]) {
+            error("node %p: nkids=%d but kids[%d] non-NULL",
+                   node, nkids, i);
+        } else if (node->counts[i]) {
+            error("node %p: kids[%d] NULL but count[%d]=%d nonzero",
+                   node, i, i, node->counts[i]);
+       }
+
+    /* Count the non-NULL elements. */
+    for (nelems = 0; nelems < 3 && node->elems[nelems]; nelems++);
+    /* Ensure no elements beyond the first NULL are non-NULL. */
+    for (i = nelems; i < 3; i++)
+        if (node->elems[i]) {
+            error("node %p: nelems=%d but elems[%d] non-NULL",
+                   node, nelems, i);
+        }
+
+    if (nkids == 0) {
+        /*
+         * If nkids==0, this is a leaf node; verify that the tree
+         * depth is the same everywhere.
+         */
+        if (ctx->treedepth < 0)
+            ctx->treedepth = level;    /* we didn't know the depth yet */
+        else if (ctx->treedepth != level)
+            error("node %p: leaf at depth %d, previously seen depth %d",
+                   node, level, ctx->treedepth);
+    } else {
+        /*
+         * If nkids != 0, then it should be nelems+1, unless nelems
+         * is 0 in which case nkids should also be 0 (and so we
+         * shouldn't be in this condition at all).
+         */
+        int shouldkids = (nelems ? nelems+1 : 0);
+        if (nkids != shouldkids) {
+            error("node %p: %d elems should mean %d kids but has %d",
+                   node, nelems, shouldkids, nkids);
+        }
+    }
+
+    /*
+     * nelems should be at least 1.
+     */
+    if (nelems == 0) {
+        error("node %p: no elems", node, nkids);
+    }
+
+    /*
+     * Add nelems to the running element count of the whole tree.
+     */
+    ctx->elemcount += nelems;
+
+    /*
+     * Check ordering property: all elements should be strictly >
+     * lowbound, strictly < highbound, and strictly < each other in
+     * sequence. (lowbound and highbound are NULL at edges of tree
+     * - both NULL at root node - and NULL is considered to be <
+     * everything and > everything. IYSWIM.)
+     */
+    if (cmp) {
+       for (i = -1; i < nelems; i++) {
+           void *lower = (i == -1 ? lowbound : node->elems[i]);
+           void *higher = (i+1 == nelems ? highbound : node->elems[i+1]);
+           if (lower && higher && cmp(lower, higher) >= 0) {
+               error("node %p: kid comparison [%d=%s,%d=%s] failed",
+                     node, i, lower, i+1, higher);
+           }
+       }
+    }
+
+    /*
+     * Check parent pointers: all non-NULL kids should have a
+     * parent pointer coming back to this node.
+     */
+    for (i = 0; i < nkids; i++)
+        if (node->kids[i]->parent != node) {
+            error("node %p kid %d: parent ptr is %p not %p",
+                   node, i, node->kids[i]->parent, node);
+        }
+
+
+    /*
+     * Now (finally!) recurse into subtrees.
+     */
+    count = nelems;
+
+    for (i = 0; i < nkids; i++) {
+        void *lower = (i == 0 ? lowbound : node->elems[i-1]);
+        void *higher = (i >= nelems ? highbound : node->elems[i]);
+       int subcount = chknode(ctx, level+1, node->kids[i], lower, higher);
+       if (node->counts[i] != subcount) {
+           error("node %p kid %d: count says %d, subtree really has %d",
+                 node, i, node->counts[i], subcount);
+       }
+        count += subcount;
+    }
+
+    return count;
+}
+
+void verifytree(tree234 *tree, void **array, int arraylen) {
+    chkctx ctx;
+    int i;
+    void *p;
+
+    ctx.treedepth = -1;                /* depth unknown yet */
+    ctx.elemcount = 0;                 /* no elements seen yet */
+    /*
+     * Verify validity of tree properties.
+     */
+    if (tree->root) {
+       if (tree->root->parent != NULL)
+           error("root->parent is %p should be null", tree->root->parent);
+        chknode(&ctx, 0, tree->root, NULL, NULL);
+    }
+    printf("tree depth: %d\n", ctx.treedepth);
+    /*
+     * Enumerate the tree and ensure it matches up to the array.
+     */
+    for (i = 0; NULL != (p = index234(tree, i)); i++) {
+        if (i >= arraylen)
+            error("tree contains more than %d elements", arraylen);
+        if (array[i] != p)
+            error("enum at position %d: array says %s, tree says %s",
+                   i, array[i], p);
+    }
+    if (ctx.elemcount != i) {
+        error("tree really contains %d elements, enum gave %d",
+               ctx.elemcount, i);
+    }
+    if (i < arraylen) {
+        error("enum gave only %d elements, array has %d", i, arraylen);
+    }
+    i = count234(tree);
+    if (ctx.elemcount != i) {
+        error("tree really contains %d elements, count234 gave %d",
+             ctx.elemcount, i);
+    }
+}
+void verify(void) { verifytree(tree, array, arraylen); }
+
+void internal_addtest(void *elem, int index, void *realret) {
+    int i, j;
+    void *retval;
+
+    if (arraysize < arraylen+1) {
+        arraysize = arraylen+1+256;
+        array = (array == NULL ? smalloc(arraysize*sizeof(*array)) :
+                 srealloc(array, arraysize*sizeof(*array)));
+    }
+
+    i = index;
+    /* now i points to the first element >= elem */
+    retval = elem;                  /* expect elem returned (success) */
+    for (j = arraylen; j > i; j--)
+       array[j] = array[j-1];
+    array[i] = elem;                /* add elem to array */
+    arraylen++;
+
+    if (realret != retval) {
+        error("add: retval was %p expected %p", realret, retval);
+    }
+
+    verify();
+}
+
+void addtest(void *elem) {
+    int i;
+    void *realret;
+
+    realret = add234(tree, elem);
+
+    i = 0;
+    while (i < arraylen && cmp(elem, array[i]) > 0)
+        i++;
+    if (i < arraylen && !cmp(elem, array[i])) {
+        void *retval = array[i];       /* expect that returned not elem */
+       if (realret != retval) {
+           error("add: retval was %p expected %p", realret, retval);
+       }
+    } else
+       internal_addtest(elem, i, realret);
+}
+
+void addpostest(void *elem, int i) {
+    void *realret;
+
+    realret = addpos234(tree, elem, i);
+
+    internal_addtest(elem, i, realret);
+}
+
+void delpostest(int i) {
+    int index = i;
+    void *elem = array[i], *ret;
+
+    /* i points to the right element */
+    while (i < arraylen-1) {
+       array[i] = array[i+1];
+       i++;
+    }
+    arraylen--;                               /* delete elem from array */
+
+    if (tree->cmp)
+       ret = del234(tree, elem);
+    else
+       ret = delpos234(tree, index);
+
+    if (ret != elem) {
+       error("del returned %p, expected %p", ret, elem);
+    }
+
+    verify();
+}
+
+void deltest(void *elem) {
+    int i;
+
+    i = 0;
+    while (i < arraylen && cmp(elem, array[i]) > 0)
+        i++;
+    if (i >= arraylen || cmp(elem, array[i]) != 0)
+        return;                        /* don't do it! */
+    delpostest(i);
+}
+
+/* A sample data set and test utility. Designed for pseudo-randomness,
+ * and yet repeatability. */
+
+/*
+ * This random number generator uses the `portable implementation'
+ * given in ANSI C99 draft N869. It assumes `unsigned' is 32 bits;
+ * change it if not.
+ */
+int randomnumber(unsigned *seed) {
+    *seed *= 1103515245;
+    *seed += 12345;
+    return ((*seed) / 65536) % 32768;
+}
+
+int mycmp(void *av, void *bv) {
+    char const *a = (char const *)av;
+    char const *b = (char const *)bv;
+    return strcmp(a, b);
+}
+
+#define lenof(x) ( sizeof((x)) / sizeof(*(x)) )
+
+char *strings[] = {
+    "0", "2", "3", "I", "K", "d", "H", "J", "Q", "N", "n", "q", "j", "i",
+    "7", "G", "F", "D", "b", "x", "g", "B", "e", "v", "V", "T", "f", "E",
+    "S", "8", "A", "k", "X", "p", "C", "R", "a", "o", "r", "O", "Z", "u",
+    "6", "1", "w", "L", "P", "M", "c", "U", "h", "9", "t", "5", "W", "Y",
+    "m", "s", "l", "4",
+#if 0
+    "a", "ab", "absque", "coram", "de",
+    "palam", "clam", "cum", "ex", "e",
+    "sine", "tenus", "pro", "prae",
+    "banana", "carrot", "cabbage", "broccoli", "onion", "zebra",
+    "penguin", "blancmange", "pangolin", "whale", "hedgehog",
+    "giraffe", "peanut", "bungee", "foo", "bar", "baz", "quux",
+    "murfl", "spoo", "breen", "flarn", "octothorpe",
+    "snail", "tiger", "elephant", "octopus", "warthog", "armadillo",
+    "aardvark", "wyvern", "dragon", "elf", "dwarf", "orc", "goblin",
+    "pixie", "basilisk", "warg", "ape", "lizard", "newt", "shopkeeper",
+    "wand", "ring", "amulet"
+#endif
+};
+
+#define NSTR lenof(strings)
+
+void findtest(void) {
+    static const int rels[] = {
+       REL234_EQ, REL234_GE, REL234_LE, REL234_LT, REL234_GT
+    };
+    static const char *const relnames[] = {
+       "EQ", "GE", "LE", "LT", "GT"
+    };
+    int i, j, rel, index;
+    char *p, *ret, *realret, *realret2;
+    int lo, hi, mid, c;
+
+    for (i = 0; i < (int)NSTR; i++) {
+       p = strings[i];
+       for (j = 0; j < (int)(sizeof(rels)/sizeof(*rels)); j++) {
+           rel = rels[j];
+
+           lo = 0; hi = arraylen-1;
+           while (lo <= hi) {
+               mid = (lo + hi) / 2;
+               c = strcmp(p, array[mid]);
+               if (c < 0)
+                   hi = mid-1;
+               else if (c > 0)
+                   lo = mid+1;
+               else
+                   break;
+           }
+
+           if (c == 0) {
+               if (rel == REL234_LT)
+                   ret = (mid > 0 ? array[--mid] : NULL);
+               else if (rel == REL234_GT)
+                   ret = (mid < arraylen-1 ? array[++mid] : NULL);
+               else
+                   ret = array[mid];
+           } else {
+               assert(lo == hi+1);
+               if (rel == REL234_LT || rel == REL234_LE) {
+                   mid = hi;
+                   ret = (hi >= 0 ? array[hi] : NULL);
+               } else if (rel == REL234_GT || rel == REL234_GE) {
+                   mid = lo;
+                   ret = (lo < arraylen ? array[lo] : NULL);
+               } else
+                   ret = NULL;
+           }
+
+           realret = findrelpos234(tree, p, NULL, rel, &index);
+           if (realret != ret) {
+               error("find(\"%s\",%s) gave %s should be %s",
+                     p, relnames[j], realret, ret);
+           }
+           if (realret && index != mid) {
+               error("find(\"%s\",%s) gave %d should be %d",
+                     p, relnames[j], index, mid);
+           }
+           if (realret && rel == REL234_EQ) {
+               realret2 = index234(tree, index);
+               if (realret2 != realret) {
+                   error("find(\"%s\",%s) gave %s(%d) but %d -> %s",
+                         p, relnames[j], realret, index, index, realret2);
+               }
+           }
+#if 0
+           printf("find(\"%s\",%s) gave %s(%d)\n", p, relnames[j],
+                  realret, index);
+#endif
+       }
+    }
+
+    realret = findrelpos234(tree, NULL, NULL, REL234_GT, &index);
+    if (arraylen && (realret != array[0] || index != 0)) {
+       error("find(NULL,GT) gave %s(%d) should be %s(0)",
+             realret, index, array[0]);
+    } else if (!arraylen && (realret != NULL)) {
+       error("find(NULL,GT) gave %s(%d) should be NULL",
+             realret, index);
+    }
+
+    realret = findrelpos234(tree, NULL, NULL, REL234_LT, &index);
+    if (arraylen && (realret != array[arraylen-1] || index != arraylen-1)) {
+       error("find(NULL,LT) gave %s(%d) should be %s(0)",
+             realret, index, array[arraylen-1]);
+    } else if (!arraylen && (realret != NULL)) {
+       error("find(NULL,LT) gave %s(%d) should be NULL",
+             realret, index);
+    }
+}
+
+void splittest(tree234 *tree, void **array, int arraylen) {
+    int i;
+    tree234 *tree3, *tree4;
+    for (i = 0; i <= arraylen; i++) {
+       tree3 = copytree234(tree, NULL, NULL);
+       tree4 = splitpos234(tree3, i, 0);
+       verifytree(tree3, array, i);
+       verifytree(tree4, array+i, arraylen-i);
+       join234(tree3, tree4);
+       freetree234(tree4);            /* left empty by join */
+       verifytree(tree3, array, arraylen);
+       freetree234(tree3);
+    }
+}
+
+int main(void) {
+    int in[NSTR];
+    int i, j, k;
+    int tworoot, tmplen;
+    unsigned seed = 0;
+    tree234 *tree2, *tree3, *tree4;
+    int c;
+
+    setvbuf(stdout, NULL, _IOLBF, 0);
+
+    for (i = 0; i < (int)NSTR; i++) in[i] = 0;
+    array = NULL;
+    arraylen = arraysize = 0;
+    tree = newtree234(mycmp);
+    cmp = mycmp;
+
+    verify();
+    for (i = 0; i < 10000; i++) {
+        j = randomnumber(&seed);
+        j %= NSTR;
+        printf("trial: %d\n", i);
+        if (in[j]) {
+            printf("deleting %s (%d)\n", strings[j], j);
+            deltest(strings[j]);
+            in[j] = 0;
+        } else {
+            printf("adding %s (%d)\n", strings[j], j);
+            addtest(strings[j]);
+            in[j] = 1;
+        }
+       disptree(tree);
+       findtest();
+    }
+
+    while (arraylen > 0) {
+        j = randomnumber(&seed);
+        j %= arraylen;
+        deltest(array[j]);
+    }
+
+    freetree234(tree);
+
+    /*
+     * Now try an unsorted tree. We don't really need to test
+     * delpos234 because we know del234 is based on it, so it's
+     * already been tested in the above sorted-tree code; but for
+     * completeness we'll use it to tear down our unsorted tree
+     * once we've built it.
+     */
+    tree = newtree234(NULL);
+    cmp = NULL;
+    verify();
+    for (i = 0; i < 1000; i++) {
+       printf("trial: %d\n", i);
+       j = randomnumber(&seed);
+       j %= NSTR;
+       k = randomnumber(&seed);
+       k %= count234(tree)+1;
+       printf("adding string %s at index %d\n", strings[j], k);
+       addpostest(strings[j], k);
+    }
+
+    /*
+     * While we have this tree in its full form, we'll take a copy
+     * of it to use in split and join testing.
+     */
+    tree2 = copytree234(tree, NULL, NULL);
+    verifytree(tree2, array, arraylen);/* check the copy is accurate */
+    /*
+     * Split tests. Split the tree at every possible point and
+     * check the resulting subtrees.
+     */
+    tworoot = (!tree2->root->elems[1]);/* see if it has a 2-root */
+    splittest(tree2, array, arraylen);
+    /*
+     * Now do the split test again, but on a tree that has a 2-root
+     * (if the previous one didn't) or doesn't (if the previous one
+     * did).
+     */
+    tmplen = arraylen;
+    while ((!tree2->root->elems[1]) == tworoot) {
+       delpos234(tree2, --tmplen);
+    }
+    printf("now trying splits on second tree\n");
+    splittest(tree2, array, tmplen);
+    freetree234(tree2);
+
+    /*
+     * Back to the main testing of uncounted trees.
+     */
+    while (count234(tree) > 0) {
+       printf("cleanup: tree size %d\n", count234(tree));
+       j = randomnumber(&seed);
+       j %= count234(tree);
+       printf("deleting string %s from index %d\n", (char *)array[j], j);
+       delpostest(j);
+    }
+    freetree234(tree);
+
+    /*
+     * Finally, do some testing on split/join on _sorted_ trees. At
+     * the same time, we'll be testing split on very small trees.
+     */
+    tree = newtree234(mycmp);
+    cmp = mycmp;
+    arraylen = 0;
+    for (i = 0; i < 16; i++) {
+       addtest(strings[i]);
+       tree2 = copytree234(tree, NULL, NULL);
+       splittest(tree2, array, arraylen);
+       freetree234(tree2);
+    }
+    freetree234(tree);
+
+    /*
+     * Test silly cases of join: join(emptytree, emptytree), and
+     * also ensure join correctly spots when sorted trees fail the
+     * ordering constraint.
+     */
+    tree = newtree234(mycmp);
+    tree2 = newtree234(mycmp);
+    tree3 = newtree234(mycmp);
+    tree4 = newtree234(mycmp);
+    assert(mycmp(strings[0], strings[1]) < 0);   /* just in case :-) */
+    add234(tree2, strings[1]);
+    add234(tree4, strings[0]);
+    array[0] = strings[0];
+    array[1] = strings[1];
+    verifytree(tree, array, 0);
+    verifytree(tree2, array+1, 1);
+    verifytree(tree3, array, 0);
+    verifytree(tree4, array, 1);
+
+    /*
+     * So:
+     *  - join(tree,tree3) should leave both tree and tree3 unchanged.
+     *  - joinr(tree,tree2) should leave both tree and tree2 unchanged.
+     *  - join(tree4,tree3) should leave both tree3 and tree4 unchanged.
+     *  - join(tree, tree2) should move the element from tree2 to tree.
+     *  - joinr(tree4, tree3) should move the element from tree4 to tree3.
+     *  - join(tree,tree3) should return NULL and leave both unchanged.
+     *  - join(tree3,tree) should work and create a bigger tree in tree3.
+     */
+    assert(tree == join234(tree, tree3));
+    verifytree(tree, array, 0);
+    verifytree(tree3, array, 0);
+    assert(tree2 == join234r(tree, tree2));
+    verifytree(tree, array, 0);
+    verifytree(tree2, array+1, 1);
+    assert(tree4 == join234(tree4, tree3));
+    verifytree(tree3, array, 0);
+    verifytree(tree4, array, 1);
+    assert(tree == join234(tree, tree2));
+    verifytree(tree, array+1, 1);
+    verifytree(tree2, array, 0);
+    assert(tree3 == join234r(tree4, tree3));
+    verifytree(tree3, array, 1);
+    verifytree(tree4, array, 0);
+    assert(NULL == join234(tree, tree3));
+    verifytree(tree, array+1, 1);
+    verifytree(tree3, array, 1);
+    assert(tree3 == join234(tree3, tree));
+    verifytree(tree3, array, 2);
+    verifytree(tree, array, 0);
+
+    return 0;
+}
+
+#endif
+
+#if 0 /* sorted list of strings might be useful */
+{
+    "0", "1", "2", "3", "4", "5", "6", "7", "8", "9", "A", "B", "C", "D", "E", "F", "G", "H", "I", "J", "K", "L", "M", "N", "O", "P", "Q", "R", "S", "T", "U", "V", "W", "X", "Y", "Z", "a", "b", "c", "d", "e", "f", "g", "h", "i", "j", "k", "l", "m", "n", "o", "p", "q", "r", "s", "t", "u", "v", "w", "x",
+}
+#endif
diff --git a/tree234.h b/tree234.h
new file mode 100644 (file)
index 0000000..f75c8f7
--- /dev/null
+++ b/tree234.h
@@ -0,0 +1,202 @@
+/*
+ * tree234.h: header defining functions in tree234.c.
+ * 
+ * This file is copyright 1999-2001 Simon Tatham.
+ * 
+ * Permission is hereby granted, free of charge, to any person
+ * obtaining a copy of this software and associated documentation
+ * files (the "Software"), to deal in the Software without
+ * restriction, including without limitation the rights to use,
+ * copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense, and/or
+ * sell copies of the Software, and to permit persons to whom the
+ * Software is furnished to do so, subject to the following
+ * conditions:
+ * 
+ * The above copyright notice and this permission notice shall be
+ * included in all copies or substantial portions of the Software.
+ * 
+ * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND,
+ * EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES
+ * OF MERCHANTABILITY, FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND
+ * NONINFRINGEMENT.  IN NO EVENT SHALL SIMON TATHAM BE LIABLE FOR
+ * ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF
+ * CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM, OUT OF OR IN
+ * CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE
+ * SOFTWARE.
+ */
+
+#ifndef TREE234_H
+#define TREE234_H
+
+/*
+ * This typedef is opaque outside tree234.c itself.
+ */
+typedef struct tree234_Tag tree234;
+
+typedef int (*cmpfn234)(void *, void *);
+
+typedef void *(*copyfn234)(void *state, void *element);
+
+/*
+ * Create a 2-3-4 tree. If `cmp' is NULL, the tree is unsorted, and
+ * lookups by key will fail: you can only look things up by numeric
+ * index, and you have to use addpos234() and delpos234().
+ */
+tree234 *newtree234(cmpfn234 cmp);
+
+/*
+ * Free a 2-3-4 tree (not including freeing the elements).
+ */
+void freetree234(tree234 *t);
+
+/*
+ * Add an element e to a sorted 2-3-4 tree t. Returns e on success,
+ * or if an existing element compares equal, returns that.
+ */
+void *add234(tree234 *t, void *e);
+
+/*
+ * Add an element e to an unsorted 2-3-4 tree t. Returns e on
+ * success, NULL on failure. (Failure should only occur if the
+ * index is out of range or the tree is sorted.)
+ * 
+ * Index range can be from 0 to the tree's current element count,
+ * inclusive.
+ */
+void *addpos234(tree234 *t, void *e, int index);
+
+/*
+ * Look up the element at a given numeric index in a 2-3-4 tree.
+ * Returns NULL if the index is out of range.
+ * 
+ * One obvious use for this function is in iterating over the whole
+ * of a tree (sorted or unsorted):
+ * 
+ *   for (i = 0; (p = index234(tree, i)) != NULL; i++) consume(p);
+ * 
+ * or
+ * 
+ *   int maxcount = count234(tree);
+ *   for (i = 0; i < maxcount; i++) {
+ *       p = index234(tree, i);
+ *       assert(p != NULL);
+ *       consume(p);
+ *   }
+ */
+void *index234(tree234 *t, int index);
+
+/*
+ * Find an element e in a sorted 2-3-4 tree t. Returns NULL if not
+ * found. e is always passed as the first argument to cmp, so cmp
+ * can be an asymmetric function if desired. cmp can also be passed
+ * as NULL, in which case the compare function from the tree proper
+ * will be used.
+ * 
+ * Three of these functions are special cases of findrelpos234. The
+ * non-`pos' variants lack the `index' parameter: if the parameter
+ * is present and non-NULL, it must point to an integer variable
+ * which will be filled with the numeric index of the returned
+ * element.
+ * 
+ * The non-`rel' variants lack the `relation' parameter. This
+ * parameter allows you to specify what relation the element you
+ * provide has to the element you're looking for. This parameter
+ * can be:
+ * 
+ *   REL234_EQ     - find only an element that compares equal to e
+ *   REL234_LT     - find the greatest element that compares < e
+ *   REL234_LE     - find the greatest element that compares <= e
+ *   REL234_GT     - find the smallest element that compares > e
+ *   REL234_GE     - find the smallest element that compares >= e
+ * 
+ * Non-`rel' variants assume REL234_EQ.
+ * 
+ * If `rel' is REL234_GT or REL234_LT, the `e' parameter may be
+ * NULL. In this case, REL234_GT will return the smallest element
+ * in the tree, and REL234_LT will return the greatest. This gives
+ * an alternative means of iterating over a sorted tree, instead of
+ * using index234:
+ * 
+ *   // to loop forwards
+ *   for (p = NULL; (p = findrel234(tree, p, NULL, REL234_GT)) != NULL ;)
+ *       consume(p);
+ * 
+ *   // to loop backwards
+ *   for (p = NULL; (p = findrel234(tree, p, NULL, REL234_LT)) != NULL ;)
+ *       consume(p);
+ */
+enum {
+    REL234_EQ, REL234_LT, REL234_LE, REL234_GT, REL234_GE
+};
+void *find234(tree234 *t, void *e, cmpfn234 cmp);
+void *findrel234(tree234 *t, void *e, cmpfn234 cmp, int relation);
+void *findpos234(tree234 *t, void *e, cmpfn234 cmp, int *index);
+void *findrelpos234(tree234 *t, void *e, cmpfn234 cmp, int relation,
+                   int *index);
+
+/*
+ * Delete an element e in a 2-3-4 tree. Does not free the element,
+ * merely removes all links to it from the tree nodes.
+ * 
+ * delpos234 deletes the element at a particular tree index: it
+ * works on both sorted and unsorted trees.
+ * 
+ * del234 deletes the element passed to it, so it only works on
+ * sorted trees. (It's equivalent to using findpos234 to determine
+ * the index of an element, and then passing that index to
+ * delpos234.)
+ * 
+ * Both functions return a pointer to the element they delete, for
+ * the user to free or pass on elsewhere or whatever. If the index
+ * is out of range (delpos234) or the element is already not in the
+ * tree (del234) then they return NULL.
+ */
+void *del234(tree234 *t, void *e);
+void *delpos234(tree234 *t, int index);
+
+/*
+ * Return the total element count of a tree234.
+ */
+int count234(tree234 *t);
+
+/*
+ * Split a tree234 into two valid tree234s.
+ * 
+ * splitpos234 splits at a given index. If `before' is TRUE, the
+ * items at and after that index are left in t and the ones before
+ * are returned; if `before' is FALSE, the items before that index
+ * are left in t and the rest are returned.
+ * 
+ * split234 splits at a given key. You can pass any of the
+ * relations used with findrel234, except for REL234_EQ. The items
+ * in the tree that satisfy the relation are returned; the
+ * remainder are left.
+ */
+tree234 *splitpos234(tree234 *t, int index, int before);
+tree234 *split234(tree234 *t, void *e, cmpfn234 cmp, int rel);
+
+/*
+ * Join two tree234s together into a single one.
+ * 
+ * All the elements in t1 are placed to the left of all the
+ * elements in t2. If the trees are sorted, there will be a test to
+ * ensure that this satisfies the ordering criterion, and NULL will
+ * be returned otherwise. If the trees are unsorted, there is no
+ * restriction on the use of join234.
+ * 
+ * The tree returned is t1 (join234) or t2 (join234r), if the
+ * operation is successful.
+ */
+tree234 *join234(tree234 *t1, tree234 *t2);
+tree234 *join234r(tree234 *t1, tree234 *t2);
+
+/*
+ * Make a complete copy of a tree234. Element pointers will be
+ * reused unless copyfn is non-NULL, in which case it will be used
+ * to copy each element. (copyfn takes two `void *' parameters; the
+ * first is private state and the second is the element. A simple
+ * copy routine probably won't need private state.)
+ */
+tree234 *copytree234(tree234 *t, copyfn234 copyfn, void *copyfnstate);
+
+#endif /* TREE234_H */
diff --git a/windows.c b/windows.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..9365c14
--- /dev/null
+++ b/windows.c
@@ -0,0 +1,3 @@
+/*
+ * windows.c: Windows front end for my puzzle collection.
+ */