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    トランプの一人遊び「ギャップ」


    授業中に示したポーカーのプログラムでは、数値とカードの対応を伝統的なものに
    しようとしたが間違ってしまった。そこで、今度は間違えないようにして、この
    プログラムを書いてみた。そのため、このプログラムでは 13 を掛けたり 13 で
    割ったりするところが一カ所もない。（現在のコンピュータは十分に速いので、
    それらを避ける必要性はほとんどないのだが。）

    ジョーカーを含まない 52 枚のカードをよく切り、横 13 枚、縦 4 枚に並べる。
    A を取り除き、そこを「ギャップ」と呼ぶ。

    移動の規則は次の通り。

    １．ギャップの左隣にカードがあり、それが K でない場合、そのカードと同じ
        スートでランクが一つ上のものをそこへ移動できる。
    ２．ギャップが左端にできた場合、そこへ 2 を移動できる。どのスートの 2 を
        移動するかは、プレーヤーが自由に選べる。

    目的は、各段に、同じスートのカードを 2 から K まで順に並べることである。
    （そのとき、ギャップは K の右隣になければならない。）

    プログラム内部では、配列 card[ ] が並んでいるカードを表している。カードとの
    対応は

        card[0]  card[4]  ...  card[44]  card[48]
        card[1]  card[5]  ...  card[45]  card[49]
        card[2]  card[6]  ...  card[46]  card[50]
        card[3]  card[7]  ...  card[47]  card[51]

    である。横でなく縦に並んでいるのは、13 を掛けたり 13 で割ったりするのを
    避けるためである。

    カードは 0 から 51 までの数値で表す。0 から順に、スペードの A, ハートの A,
    クラブの A, ダイアモンドの A, スペードの 2, ハートの 2, クラブの 2,
    ダイアモンドの 2, ..., スペードの K, ハートの K, クラブの K, ダイヤモンド
    の K である。すなわち、数値を i とするとき、i & 3 がスート（0, 1, 2, 3 が
    それぞれスペード、ハート、クラブ、ダイアモンド）を、i >> 2 がランク（0, 1,
    2, ..., 9, 10, 11, 12 がそれぞれ A, 2, 3, ..., 10, J, Q, K）を表す。（これ
    が伝統的な対応のさせかたである。）

    ギャップは、内部では A のカードで表現されている。ギャップへのカードの移動
    は、移動するカードと A とを交換することで実現されている。

    各局面において、得点を計算して画面に出す。それは、2 が左端にあれば 12 点、
    それ以外のカードは、3 の左隣に同じスートの 2 があれば 11 点、4 の左隣に同じ
    スートの 3 があれば 10 点、……、K の左隣に同じスートの Q があれば 1 点と
    して、それらを加算したものである。この得点は、ルールに従ってカードを動かす
    と、左端にある 2 をある段から別の段に移動した場合を除き、必ず増加する。この
    事実は、学部時代に同級生だった、松本久義氏（現・東大数理）のご指摘による。
    312 点が満点である。

    なお、このプログラムは、目的を達成しても、ゆきづまっても、何も出力しない。
    プレーヤーが勝手に終了すること。

    関数 show() ではエスケープシーケンスを使っている。対応していない端末の場合
    は削除されたい。

*/

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

int card[52];
void init(void);
void swap(int i, int j);
void show(void);
int val(void);

main() {
    int i, j, n, rank;

    init();
    show();
    i = j = 0;  /* こうしておくと、開始直後に undo されても何も起こらない */

    for (n = 1; n != 0;    ) {
        printf("%3d 点です. ", val());
        printf("どのギャップにカードを移しますか？　");
        printf("（-1 で一度だけ undo, 0 で終了）＞");
        scanf("%d", &n);

        if (n == 0) {                           /* このときは終了へ */
            ;
        } else if (n == -1) {                   /* undo のとき */
            swap(i, j);                         /* （undo 直後に undo しよう */
            show();                             /* とすると re-do になる）   */
        } else if (n < -1 || n > 4) {
            printf("入力が範囲外です. やり直してください.\n");
        } else {
            for (i = 0; card[i] != n-1; i++) {  /* ギャップ n を探す */
                ;
            }
            if (i >> 2 == 0) {              /* ギャップが左の端のとき */
                for (n = 0; n == 0;    ) {
                    printf("どの 2 を移しますか？　");
                    printf("! なら 1, & なら 2, %% なら 3, @ なら 4. ＞");
                    scanf("%d", &n);
                    if (n < 1 || n > 4) {
                       n = 0;               /* これでやり直しになる */
                    }
                }
                for (j = 0; card[j] != 4 + (n-1); j++) {    /* その 2 を探す */
                    ;
                }
                swap(i, j);
                show();
            } else {                        /* ギャップが左の端以外のとき */
                rank = card[i-4] >> 2;      /* 左隣のカードを調べる */
                if (rank == 0) {            /* 左隣が A（ギャップ）のとき */
                    printf("ギャップの右には移せません.\n");
                } else if (rank == 12) {    /* 左隣が K のとき */
                    printf("K の右には移せません.\n");
                } else {
                    for (j = 0; card[j] != card[i-4] + 4; j++) {
                        ;                   /* もってくるべきカードを探す */
                    }
                    swap(i, j);
                    show();
                }
            }
        }
    }
}


/* 初期化 */
void init (void) {
    int i;
    unsigned int seed;

    seed = (unsigned int)time(NULL);    /* 現在時刻を取得して */
    srand(seed);                        /* それを種に乱数を初期化 */

    for (i = 0; i < 52; i++) {          /* まずは順にカードをならべる */
        card[i] = i;
    }
    for (i = 51; i >= 1; i--) {         /* それをシャッフル */
        swap(i, rand() % (i+1));
    }
}


/* card[i] と card[j] とを交換 */
void swap(int i, int j) {
    int tmp;

    tmp = card[i]; card[i] = card[j]; card[j] = tmp;
}


/* カード全体を画面に出力 */
void show(void) {
    int i, j, rank, suit;

    printf("\033[2J");                  /* 画面クリアのエスケープシーケンス */
    printf("\033[1;1H");                /* カーソル左上隅へ */
    for (i = 0; i < 4; i++) {
        printf("\n");   /* 縦 24 行の画面でデバッグする時はこの行は削る？ */
        for (j = 0; j < 13; j++) {
            rank = card[i + (j << 2)] >> 2;
            if (rank == 0) {                /* A にあたるところはギャップ */
                printf("  ");
            } else if (rank == 9) {
                printf("T ");               /* これは ten の T */
            } else if (rank == 10) {
                printf("J ");
            } else if (rank == 11) {
                printf("Q ");
            } else if (rank == 12) {
                printf("K ");
            } else {                        /* 2 から 9 までのとき */
                printf("%d ", rank + 1);
            }
        }
        printf("\n");
        for (j = 0; j < 13; j++) {
            suit = card[i + (j << 2)] & 3;
            if (card[i + (j << 2)] >> 2 == 0) { /* ギャップのとき */
                printf("%d ", suit + 1);
            } else {                            /* ギャップでないとき */
                if (suit == 0) {
                    printf("\033[32m!\033[m ");     /* スペードのつもり */
                } else if (suit == 1) {
                    printf("\033[31m&\033[m ");     /* ハートのつもり */
                } else if (suit == 2) {
                    printf("\033[36m%%\033[m ");    /* クラブのつもり */
                } else {
                    printf("\033[35m@\033[m ");     /* ダイヤモンドのつもり */
                }
            }
        }
        printf("\n");
    }
    printf("\n");   /* 縦 24 行の画面でデバッグする時はこの行は削る？ */
}


/* 得点の計算。計算方法は冒頭のコメントを参照。*/
int val(void) {
    int i, j, n;

    n = 0;
    for (i = 0; i < 4; i++) {
        if (card[i + (0 << 2)] >> 2 == 1) {     /* 左端が 2 のとき */
            n = n + (13 - 1);
        }
        for (j = 1; j < 13; j++) {              /* 左端以外 */
            if (card[i + ((j-1) << 2)] + 4 == card[i + (j << 2)]) {
                if (card[i + (j << 2)] >= 8) {  /* ギャップと 2 の並びは除く */
                    n = n + (13 - (card[i + (j << 2)] >> 2));
                }
            }
        }
    }
    return n;
}