Как я участвовал в IOCCC-’19 (и проиграл). Часть 2: «Симулятор NOR»

в 19:26, , рубрики: C, IOCCC, конкурс, отладка, системное программирование

Это вторая часть цикла статей о том, как я участвовал в IOCCC'19

Как я участвовал в IOCCC-'19 (и проиграл). Часть 2: «Симулятор NOR» - 1

  1. Как я участвовал в IOCCC-'19 (и проиграл). Часть 1: «Крестики-нолики»
  2. Как я участвовал в IOCCC-'19 (и проиграл). Часть 2: «Симулятор NOR»

Я надеюсь, что данная статья поможет вам при разборе чужого кода или кода после декомпилятора или обфускатора.

Если вы еще не знаете, что такое IOCCC или вы хотите ознакомиться с более простым вариантом запутанного кода, то рекомендую обратиться к первой части.

Всем остальным я желаю приятного чтения.


Все исходники помещены на github, откуда их можно невозбранно скачать и попробовать скомпилировать.

Исходные данные

Так как исходный код в текстовом виде можно найти по ссылке, покажу как код выглядит графически:
Как я участвовал в IOCCC-'19 (и проиграл). Часть 2: «Симулятор NOR» - 2
Традиционно сложилось, что «дополнительные баллы» даются, если код отформатирован нестандартно или выглядит как какое-то изображение. Что ж, будем считать, это с этим здесь всё в порядке.

Но что же делает программа?

Она инициализирует графический стек X-сервера, сканирует предоставленный файл конфигурации, рисует электрическую схему согласно файлу и запускает симуляцию, поочередно меняя полярность на 4 ножках входа, используя при этом только NOR (Not-OR) элементы. Отрисовка происходит с шейдером старого LCD-экрана.

В комплекте с программой идут несколько конфигурационных файлов, а именно:

DIP8-4packnot.txt — примерный аналог CMOS 4041/Четырехканальный инвертор

Как я участвовал в IOCCC-'19 (и проиграл). Часть 2: «Симулятор NOR» - 3
(изображение сжато в 2 раза, чтобы уместиться в рамки приличия. На самом деле забавно, что программа, весом в 3.5 КБ генерирует ряд изображений, который в максимальном сжатии занимают 10.5+МБ)

DIP8-triplexor.txt — примерный аналог CMOS 4030 с объединенными входами и тремя каналами/Трехканальный XOR-gate с объединенными входами

Как я участвовал в IOCCC-'19 (и проиграл). Часть 2: «Симулятор NOR» - 4

DIP8-fulladder.txt — примерный аналог CMOS 4008, но на два бита/сумматор на 2 бита с выводом бита переноса

Как я участвовал в IOCCC-'19 (и проиграл). Часть 2: «Симулятор NOR» - 5

Разбор кода

Самой сложной задачей в этот раз было уместиться в ограничение по размеру присылаемой работы. Ограничен не только размер файла, но и количество условных «токенов» — символов операций, ключевых слов языка и пар скобок. Именно для того, чтобы «заэксплойтить» эту особенность парсера-проверяльщика размера в программе объявлено огромное количество define'ов, приводящих блоки кода к одному ключевому слову языка С.

Для начала, заглянем в Makefile, чтобы понять, как код собирается:
#!/usr/bin/env make
PROJECT=prog
CC= gcc
SRC=prog.c
CWARN=-Wall -Wextra -Wno-char-subscripts

CSTD= -std=c99
# Syscalls table
# DS - syscall nanosleep
# DO - syscall open
# DR - syscall read
# DC - syscall close

# X11 structures offsets
# dS - offset of screens in Display
# dR - offset of root in Screen
# dD - offset of root_depth in Screen
# dV - offset of root_visual in Screen
# dG - offset of default_gc in Screen

BITS := $(shell uname -p)

ifeq ($(BITS), x86_64)
ARCH= -m64
CDEFINE= -DDS=35 -DDO=2 -DDR=0 -DDC=3 -DdS=232 -DdR=16 -DdD=56 -DdV=64 -DdG=72
else
ARCH= -m32
CDEFINE= -DDS=162 -DDO=5 -DDR=3 -DDC=6 -DdS=140 -DdR=8 -DdD=36 -DdV=40 -DdG=44
endif

OPT= -g

CFLAGS= ${CWARN} ${CSTD} ${ARCH} ${CDEFINE} ${OPT}
LDFLAGS= -ldl

RM= rm

all: ${PROJECT}

${PROJECT}:
${CC} ${CFLAGS} ${SRC} -o $@ ${LDFLAGS}
clean:
${RM} -f ${PROJECT}

Как видим, эта работа, так же, как и предыдущая активно использует системные вызовы, чтобы избежать уродливых "#include", которые нарушают узор картинки. Запомним этот факт и подготовим строку для препроцессора и линтера:

После препроцессора

gcc -DDS=35 -DDO=2 -DDR=0 -DDC=3 -DdS=232 -DdR=16 -DdD=56 -DdV=64 -DdG=72 prog.c -ldl -E | indent -kr -brf > /tmp/fmt.c

:

int _x[] = { 15117427, 8413248, 5878632, 13027014, 1 };

extern void *dlsym(void *, char *);
int x_[616][1220];
extern long syscall(long, ...);
extern void *dlopen(char *, int);
char m[19][20], _n[] =
    "pu~D--2os" "<<<<<<<<" "<<<DSlyrXuolp}e" "<<<<<<<<"
    "D_ny}hyOuqlpyKurxsk<D_ny" "}hyUq}{y" "<<<<<<<<" "DLihUq}{y" "<<<<<<<<"
    "<<<DQ}lKurxsk" "<<<<<<<<" "<<DZpiot<";
long w, N[2] = { 0, 1 << 29 };
int rn = 2166136261, _[8][40][64] = { 0 };
long R[2];
void *M, *d, *T;

void b(int t, int x, int y, int c, int l) {
    if ((x >= 19 || y >= 19 || x < 0 || y < 0) || (m[y][x] == l)
	|| (m[y][x] != c))
	return;
    m[y][x] = l;
    b(t, x - 1, y, c, l);
    b(t, x + 1, y, c, l);
    b(t, x, y - 1, c, l);
    b(t, x, y + 1, c, l);
}

void e(int t, int x, int y, int c, int l) {
    if ((x >= 64 || y >= 40 || x < 0 || y < 0) || (_[t][y][x] == l)
	|| (_[t][y][x] != c))
	return;
    _[t][y][x] = l;
    e(t, x - 1, y, c, l);
    e(t, x + 1, y, c, l);
    e(t, x, y - 1, c, l);
    e(t, x, y + 1, c, l);
}

void k(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--) {
	_[t][y][x++] = l;
	_[t][y++][x++] = l;
    }
}

void r(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--) {
	_[t][y][x--] = l;
	_[t][y++][x--] = l;
    }
}

void u(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--)
	_[t][y++][x] = l;
}

char *z[8] = { 
    (char[]) {4}, 
    (char[]) {6, 1 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 0, 16, 0, 0,
		     21 + 0 * 3 - 0, 16, 1, 63, 21 + 0 * 3 - 0, 16, 2,
		     63 * 0, 21 - 0, 4, 2, 31 + 0, 36 - 0, 4, 0 + 1,
		     32 - 1, 5 - 0, 16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 1, 63,
		     21 + 1 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 1, 21 - 0, 4, 2, 31 + 1,
		     36 - 0, 4, 6, 1 * 4 + 0, 3, 31, 8 - 0, 6, 1 * 4 + 2,
		     3, 33, 38 - 0, 6, 1 * 4 + 3, 3, 30, 38 - 0, 4},
	(char[]) {5, 1}, 
	(char[]) {6, 0 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 0, 16,
				   0, 0, 21 + 0 * 3 - 0, 16, 1, 63,
				   21 + 0 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 0, 21 - 0,
				   4, 2, 31 + 0, 36 - 0, 4, 0 + 1, 32 - 1,
				   5 - 0, 16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 1,
				   63, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 1,
				   21 - 0, 4, 2, 31 + 1, 36 - 0, 4, 6,
				   0 * 4 + 0, 3, 31, 8 - 0, 6, 0 * 4 + 2,
				   3, 33, 38 - 0, 6, 0 * 4 + 3, 3, 30,
				   38 - 0,
				   4},
	(char[]) {4}, (char[]) {4},
	(char[]) {6, 2 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 3, 16, 0, 0,
		  21 + 0 * 3 - 3, 16, 1, 63, 21 + 0 * 3 - 3, 16, 2, 63 * 0,
		  21 - 3, 4, 2, 31 + 0, 36 - 3, 4, 0 + 1, 32 - 1, 5 - 3,
		  16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 3, 16, 1, 63, 21 + 1 * 3 - 3, 16,
		  2, 63 * 1, 21 - 3, 4, 2, 31 + 1, 36 - 3, 4, 6, 2 * 4 + 0,
		  3, 31, 8 - 3, 6, 2 * 4 + 2, 3, 33, 38 - 3, 6, 2 * 4 + 3,
		  3, 30, 38 - 3, 4}, 
    (char[]) {6, 13, 0, 32, 9 + 0, 12 - 0,
					       0, 8 + 0 + 0, 21, 12 - 0, 1,
					       31, 9 + 0, 12 - 0, 1,
					       55 - 0 - 0, 21, 12 - 0, 0,
					       32, 9 + 3, 12 - 3, 0,
					       8 + 3 + 3, 21, 12 - 3, 1,
					       31, 9 + 3, 12 - 3, 1,
					       55 - 3 - 3, 21, 12 - 3, 6,
					       14 + 0, 2, 31 + 0, 13, 4,
					       1 - 0, 31 + 0, 16, 7, 3,
					       30 + 3 * 0, 14, 6,
					       12 + 0 * 4, 3, 32 - 0,
					       11 + 0 * 8, 6, 14 + 1, 2,
					       31 + 1, 13, 4, 1 - 1,
					       31 + 1, 16, 7, 3,
					       30 + 3 * 1, 14, 6,
					       12 + 1 * 4, 3, 32 - 1,
					       11 + 1 * 8,
					       4}
};

void d_(int t, int p, int q) {
    for (int y = 0; y < 40; y++)
	for (int x = 0; x < 64; x++)
	    if (_[t]
		[y][x])
		x_[y + q * 16 + p * 16][x + 580 + p * 32 - q *
					32] = _[t][y][x];
}

int main(int a, char *s[]) {
    int h = 127;
    while (h--) {
	_n[h] ^= 28;
	_n[h] -= (_n[h] == 32 ? 32 : 0);
    }
    T = dlopen(_n, 2);
    d = ((void *(*)()) dlsym(T, _n + (1 * 20))) (0);
    w = ((long (*)()) dlsym(T, _n + (2 * 20))) (d,
						(*(long *)
						 ((char
						   *) (*(long *) ((char *)
								  d +
								  232)) +
						  16))



						, 0, 0, 1220, 616, 1, 0,
						0);
    M = ((void *(*)()) dlsym(T, _n + (3 * 20))) (d,
						 (*(long *)
						  ((char
						    *) (*(long *) ((char *)
								   d +
								   232)) +
						   64)),
						 (*(long *)
						  ((char
						    *) (*(long *) ((char *)
								   d +
								   232)) +
						   56)), 2, 0, (char *) x_,
						 1220, 616, 32, 0);
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
	char *p = z[i];
	int c = 0;
	while (*p != 4) {
	    switch (*p) {
	    case 0:
		k(i, p[1], p[2], p[3], c);
		p += 4;
		break;
	    case 1:
		r(i, p[1], p[2], p[3], c);
		p += 4;
		break;
	    case 2:
		u(i, p[1], p[2], p[3], c);
		p += 4;
		break;
	    case 3:
		e(i, p[1]
		  , p[2], 0, c);
		p += 3;
		break;
	    case 5:
		p = z[p[1]];
		break;
	    case 6:
		c = _x[p[1] / 4] - 1643277 * (p[1] % 4);
		p += 2;
		break;
	    }
	}
    }
    while (a++) {
	int f = syscall(2, s[1], 0);
	syscall(0, f, m, 380);
	syscall(3, f);
	for (int y = 0; y < 19; y++)
	    for (int x = 0; x < 19; x++)
		if ((x % 14 == 2) && (y % 4 == 3))
		    m[y][x] = 46;
	b(0, 2, 3, m[3][2], a & 1 ? 43 : 45);
	b(0, 2, 7, m[7][2], a & 2 ? 43 : 45);
	b(0, 2, 11, m[11][2], a & 4 ? 43 : 45);
	b(0, 2, 15, m[15][2], a & 8 ? 43 : 45);
	for (int i = 0; i < 20; i++)
	    for (int y = 0; y < 19; y++)
		for (int x = 0; x < 19; x++)
		    if (m[y][x] == 62)
			b(0, x + 1, y, m[y][x + 1],
			  !(m[y - 1][x] == 43 ? 1 : 0
			    || m[y + 1][x] == 43 ? 1 : 0) ? 43 : 45);
	for (int y = 0; y < 616; y++)
	    for (int x = 0; x < 1220; x++)
		x_[y][x] = 0;
	for (int y = 0; y < 19; y++)
	    for (int x = 0; x < 19; x++)
		d_(((m[y][x] >> 4) & 1) << 2 | (m[y][x] & 3), x, y);
	for (int y = 0; y < 19; y++)
	    for (int x = 0; x < 19; x++)
		if ((x % 14 == 2) && (y % 4 == 3))
		    d_(7, x, y);
	for (int y = 0; y < 616; y++)
	    for (int x = 0; x < 1220; x++) {
		x_[y][x] &= 14737632 | (31 << ((x % 3) << 3));
		x_[y][x] += 986895 & (rn *= 16777619);
	    } ((long (*)()) dlsym(T, _n + (4 * 20))) (d, w,
						      (*(long *)
						       ((char
							 *) (*(long
							       *) ((char *)
								   d +
								   232)) +
							72)), M, 0, 0, 0,
						      0, 1220, 616);
	((long (*)()) dlsym(T, _n + (5 * 20))) (d, w);
	((long (*)()) dlsym(T, _n + (6 * 20))) (d);
	syscall(35, &N, &R);
    } return 0;
}

Что ж, по крайней мере одно из условий конкурса мы выполнили, код после препроцессора понятнее не стал.

Начнем с того, что можно выловить с первого взгляда и попытаемся восстановить цепочку событий:

dlsymdlopen

Очевидно, что чтобы воспользоваться функциями X-сервера и создать окно, а затем в нем что-то отрисовать код должен обратиться к библиотеке XLib. В коде присутствуют функции dlopen/dlsym, позволяющие динамически подгрузить библиотеку, однако на вход им подается какая-то хитрая каша:


char _n[] =
    "pu~D--2os" "<<<<<<<<" "<<<DSlyrXuolp}e" "<<<<<<<<"
    "D_ny}hyOuqlpyKurxsk<D_ny" "}hyUq}{y" "<<<<<<<<" "DLihUq}{y" "<<<<<<<<"
    "<<<DQ}lKurxsk" "<<<<<<<<" "<<DZpiot<";
...
T = dlopen(_n, 2);

Пройдем на шаг назад и проинспектируем следующий код:

int h = 127;
    while (h--) {
	_n[h] ^= 28;
	_n[h] -= (_n[h] == 32 ? 32 : 0);
    }

Судя по всему, он некоторым образом преобразует исходный массив, позволяя нам получить читаемые строки. Выполним его отдельно:
https://onlinegdb.com/SJNM9Og7v:
libX11.so
XOpenDisplay
XCreateSimpleWindow
XCreateImage
XPutImage
XMapWindow
XFlush

Для того, чтобы одной строкой вызывать столь различные по формату функции код эксплуатирует тот факт, что в стандарте языка С (void) означает отсутствие параметров, а () — любое число параметров. Остается только привести полученный void * к соответствующему ((long (*)()) типу и вуаля:

w = ((long (*)()) dlsym(T, _n + (2 * 20))) (d, (*(long *)((char *) (*(long *)((char *) d + 232)) + 16))

Зная, что эти преобразования означают теперь мы можем заменить столь необычное использование dlsym сначала на строки:

После замены строк:

int _x[] = { 15117427, 8413248, 5878632, 13027014, 1 };

extern void *dlsym(void *, char *);
int x_[616][1220];
extern long syscall(long, ...);
extern void *dlopen(char *, int);
char m[19][20];
long w, N[2] = { 0, 1 << 29 };
int rn = 2166136261, _[8][40][64] = { 0 };
long R[2];
void *M, *d, *T;

void b(int t, int x, int y, int c, int l) {
    if ((x >= 19 || y >= 19 || x < 0 || y < 0) || (m[y][x] == l)
	|| (m[y][x] != c))
	return;
    m[y][x] = l;
    b(t, x - 1, y, c, l);
    b(t, x + 1, y, c, l);
    b(t, x, y - 1, c, l);
    b(t, x, y + 1, c, l);
}

void e(int t, int x, int y, int c, int l) {
    if ((x >= 64 || y >= 40 || x < 0 || y < 0) || (_[t][y][x] == l)
	|| (_[t][y][x] != c))
	return;
    _[t][y][x] = l;
    e(t, x - 1, y, c, l);
    e(t, x + 1, y, c, l);
    e(t, x, y - 1, c, l);
    e(t, x, y + 1, c, l);
}

void k(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--) {
	_[t][y][x++] = l;
	_[t][y++][x++] = l;
    }
}

void r(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--) {
	_[t][y][x--] = l;
	_[t][y++][x--] = l;
    }
}

void u(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--)
	_[t][y++][x] = l;
}

char *z[8] = { 
    (char[]) {4}, 
    (char[]) {6, 1 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 0, 16, 0, 0,
		     21 + 0 * 3 - 0, 16, 1, 63, 21 + 0 * 3 - 0, 16, 2,
		     63 * 0, 21 - 0, 4, 2, 31 + 0, 36 - 0, 4, 0 + 1,
		     32 - 1, 5 - 0, 16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 1, 63,
		     21 + 1 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 1, 21 - 0, 4, 2, 31 + 1,
		     36 - 0, 4, 6, 1 * 4 + 0, 3, 31, 8 - 0, 6, 1 * 4 + 2,
		     3, 33, 38 - 0, 6, 1 * 4 + 3, 3, 30, 38 - 0, 4},
	(char[]) {5, 1}, 
	(char[]) {6, 0 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 0, 16,
				   0, 0, 21 + 0 * 3 - 0, 16, 1, 63,
				   21 + 0 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 0, 21 - 0,
				   4, 2, 31 + 0, 36 - 0, 4, 0 + 1, 32 - 1,
				   5 - 0, 16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 1,
				   63, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 1,
				   21 - 0, 4, 2, 31 + 1, 36 - 0, 4, 6,
				   0 * 4 + 0, 3, 31, 8 - 0, 6, 0 * 4 + 2,
				   3, 33, 38 - 0, 6, 0 * 4 + 3, 3, 30,
				   38 - 0,
				   4},
	(char[]) {4}, (char[]) {4},
	(char[]) {6, 2 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 3, 16, 0, 0,
		  21 + 0 * 3 - 3, 16, 1, 63, 21 + 0 * 3 - 3, 16, 2, 63 * 0,
		  21 - 3, 4, 2, 31 + 0, 36 - 3, 4, 0 + 1, 32 - 1, 5 - 3,
		  16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 3, 16, 1, 63, 21 + 1 * 3 - 3, 16,
		  2, 63 * 1, 21 - 3, 4, 2, 31 + 1, 36 - 3, 4, 6, 2 * 4 + 0,
		  3, 31, 8 - 3, 6, 2 * 4 + 2, 3, 33, 38 - 3, 6, 2 * 4 + 3,
		  3, 30, 38 - 3, 4}, 
    (char[]) {6, 13, 0, 32, 9 + 0, 12 - 0,
					       0, 8 + 0 + 0, 21, 12 - 0, 1,
					       31, 9 + 0, 12 - 0, 1,
					       55 - 0 - 0, 21, 12 - 0, 0,
					       32, 9 + 3, 12 - 3, 0,
					       8 + 3 + 3, 21, 12 - 3, 1,
					       31, 9 + 3, 12 - 3, 1,
					       55 - 3 - 3, 21, 12 - 3, 6,
					       14 + 0, 2, 31 + 0, 13, 4,
					       1 - 0, 31 + 0, 16, 7, 3,
					       30 + 3 * 0, 14, 6,
					       12 + 0 * 4, 3, 32 - 0,
					       11 + 0 * 8, 6, 14 + 1, 2,
					       31 + 1, 13, 4, 1 - 1,
					       31 + 1, 16, 7, 3,
					       30 + 3 * 1, 14, 6,
					       12 + 1 * 4, 3, 32 - 1,
					       11 + 1 * 8,
					       4}
};

void d_(int t, int p, int q) {
    for (int y = 0; y < 40; y++)
	for (int x = 0; x < 64; x++)
	    if (_[t]
		[y][x])
		x_[y + q * 16 + p * 16][x + 580 + p * 32 - q *
					32] = _[t][y][x];
}

int main(int a, char *s[]) {
    T = dlopen("libX11.so", 2);
    d = ((void *(*)()) dlsym(T, "XOpenDisplay") (0);
    w = ((long (*)()) dlsym(T, "XCreateSimpleWindow")) (d,
						(*(long *)
						 ((char
						   *) (*(long *) ((char *)
								  d +
								  232)) +
						  16))



						, 0, 0, 1220, 616, 1, 0,
						0);
    M = ((void *(*)()) dlsym(T, "XCreateImage")) (d,
						 (*(long *)
						  ((char
						    *) (*(long *) ((char *)
								   d +
								   232)) +
						   64)),
						 (*(long *)
						  ((char
						    *) (*(long *) ((char *)
								   d +
								   232)) +
						   56)), 2, 0, (char *) x_,
						 1220, 616, 32, 0);
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
	char *p = z[i];
	int c = 0;
	while (*p != 4) {
	    switch (*p) {
	    case 0:
		k(i, p[1], p[2], p[3], c);
		p += 4;
		break;
	    case 1:
		r(i, p[1], p[2], p[3], c);
		p += 4;
		break;
	    case 2:
		u(i, p[1], p[2], p[3], c);
		p += 4;
		break;
	    case 3:
		e(i, p[1]
		  , p[2], 0, c);
		p += 3;
		break;
	    case 5:
		p = z[p[1]];
		break;
	    case 6:
		c = _x[p[1] / 4] - 1643277 * (p[1] % 4);
		p += 2;
		break;
	    }
	}
    }
    while (a++) {
	int f = syscall(2, s[1], 0);
	syscall(0, f, m, 380);
	syscall(3, f);
	for (int y = 0; y < 19; y++)
	    for (int x = 0; x < 19; x++)
		if ((x % 14 == 2) && (y % 4 == 3))
		    m[y][x] = 46;
	b(0, 2, 3, m[3][2], a & 1 ? 43 : 45);
	b(0, 2, 7, m[7][2], a & 2 ? 43 : 45);
	b(0, 2, 11, m[11][2], a & 4 ? 43 : 45);
	b(0, 2, 15, m[15][2], a & 8 ? 43 : 45);
	for (int i = 0; i < 20; i++)
	    for (int y = 0; y < 19; y++)
		for (int x = 0; x < 19; x++)
		    if (m[y][x] == 62)
			b(0, x + 1, y, m[y][x + 1],
			  !(m[y - 1][x] == 43 ? 1 : 0
			    || m[y + 1][x] == 43 ? 1 : 0) ? 43 : 45);
	for (int y = 0; y < 616; y++)
	    for (int x = 0; x < 1220; x++)
		x_[y][x] = 0;
	for (int y = 0; y < 19; y++)
	    for (int x = 0; x < 19; x++)
		d_(((m[y][x] >> 4) & 1) << 2 | (m[y][x] & 3), x, y);
	for (int y = 0; y < 19; y++)
	    for (int x = 0; x < 19; x++)
		if ((x % 14 == 2) && (y % 4 == 3))
		    d_(7, x, y);
	for (int y = 0; y < 616; y++)
	    for (int x = 0; x < 1220; x++) {
		x_[y][x] &= 14737632 | (31 << ((x % 3) << 3));
		x_[y][x] += 986895 & (rn *= 16777619);
	    } ((long (*)()) dlsym(T, "XPutImage")) (d, w,
						      (*(long *)
						       ((char
							 *) (*(long
							       *) ((char *)
								   d +
								   232)) +
							72)), M, 0, 0, 0,
						      0, 1220, 616);
	((long (*)()) dlsym(T, "XMapWindow")) (d, w);
	((long (*)()) dlsym(T, "XFlush")) (d);
	syscall(35, &N, &R);
    } return 0;
}

А потом и на родные функции:

После замены на ''родные'' функции:

#include <X11/Xlib.h>

int _x[] = { 15117427, 8413248, 5878632, 13027014, 1 };

int x_[616][1220];
extern long syscall(long, ...);
char m[19][20];
long w, N[2] = { 0, 1 << 29 };
int rn = 2166136261, _[8][40][64] = { 0 };
long R[2];
void *M, *d, *T;

void b(int t, int x, int y, int c, int l) {
    if ((x >= 19 || y >= 19 || x < 0 || y < 0) || (m[y][x] == l)
	|| (m[y][x] != c))
	return;
    m[y][x] = l;
    b(t, x - 1, y, c, l);
    b(t, x + 1, y, c, l);
    b(t, x, y - 1, c, l);
    b(t, x, y + 1, c, l);
}

void e(int t, int x, int y, int c, int l) {
    if ((x >= 64 || y >= 40 || x < 0 || y < 0) || (_[t][y][x] == l)
	|| (_[t][y][x] != c))
	return;
    _[t][y][x] = l;
    e(t, x - 1, y, c, l);
    e(t, x + 1, y, c, l);
    e(t, x, y - 1, c, l);
    e(t, x, y + 1, c, l);
}

void k(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--) {
	_[t][y][x++] = l;
	_[t][y++][x++] = l;
    }
}

void r(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--) {
	_[t][y][x--] = l;
	_[t][y++][x--] = l;
    }
}

void u(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--)
	_[t][y++][x] = l;
}

char *z[8] = { 
    (char[]) {4}, 
    (char[]) {6, 1 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 0, 16, 0, 0,
		     21 + 0 * 3 - 0, 16, 1, 63, 21 + 0 * 3 - 0, 16, 2,
		     63 * 0, 21 - 0, 4, 2, 31 + 0, 36 - 0, 4, 0 + 1,
		     32 - 1, 5 - 0, 16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 1, 63,
		     21 + 1 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 1, 21 - 0, 4, 2, 31 + 1,
		     36 - 0, 4, 6, 1 * 4 + 0, 3, 31, 8 - 0, 6, 1 * 4 + 2,
		     3, 33, 38 - 0, 6, 1 * 4 + 3, 3, 30, 38 - 0, 4},
	(char[]) {5, 1}, 
	(char[]) {6, 0 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 0, 16,
				   0, 0, 21 + 0 * 3 - 0, 16, 1, 63,
				   21 + 0 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 0, 21 - 0,
				   4, 2, 31 + 0, 36 - 0, 4, 0 + 1, 32 - 1,
				   5 - 0, 16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 1,
				   63, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 1,
				   21 - 0, 4, 2, 31 + 1, 36 - 0, 4, 6,
				   0 * 4 + 0, 3, 31, 8 - 0, 6, 0 * 4 + 2,
				   3, 33, 38 - 0, 6, 0 * 4 + 3, 3, 30,
				   38 - 0,
				   4},
	(char[]) {4}, (char[]) {4},
	(char[]) {6, 2 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 3, 16, 0, 0,
		  21 + 0 * 3 - 3, 16, 1, 63, 21 + 0 * 3 - 3, 16, 2, 63 * 0,
		  21 - 3, 4, 2, 31 + 0, 36 - 3, 4, 0 + 1, 32 - 1, 5 - 3,
		  16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 3, 16, 1, 63, 21 + 1 * 3 - 3, 16,
		  2, 63 * 1, 21 - 3, 4, 2, 31 + 1, 36 - 3, 4, 6, 2 * 4 + 0,
		  3, 31, 8 - 3, 6, 2 * 4 + 2, 3, 33, 38 - 3, 6, 2 * 4 + 3,
		  3, 30, 38 - 3, 4}, 
    (char[]) {6, 13, 0, 32, 9 + 0, 12 - 0,
					       0, 8 + 0 + 0, 21, 12 - 0, 1,
					       31, 9 + 0, 12 - 0, 1,
					       55 - 0 - 0, 21, 12 - 0, 0,
					       32, 9 + 3, 12 - 3, 0,
					       8 + 3 + 3, 21, 12 - 3, 1,
					       31, 9 + 3, 12 - 3, 1,
					       55 - 3 - 3, 21, 12 - 3, 6,
					       14 + 0, 2, 31 + 0, 13, 4,
					       1 - 0, 31 + 0, 16, 7, 3,
					       30 + 3 * 0, 14, 6,
					       12 + 0 * 4, 3, 32 - 0,
					       11 + 0 * 8, 6, 14 + 1, 2,
					       31 + 1, 13, 4, 1 - 1,
					       31 + 1, 16, 7, 3,
					       30 + 3 * 1, 14, 6,
					       12 + 1 * 4, 3, 32 - 1,
					       11 + 1 * 8,
					       4}
};

void d_(int t, int p, int q) {
    for (int y = 0; y < 40; y++)
	for (int x = 0; x < 64; x++)
	    if (_[t]
		[y][x])
		x_[y + q * 16 + p * 16][x + 580 + p * 32 - q *
					32] = _[t][y][x];
}

int main(int a, char *s[]) {
    d = XOpenDisplay(0);
    w = XCreateSimpleWindow(d, (*(long *) ((char *) (*(long *) ((char *)d + 232)) + 16)), 0, 0, 1220, 616, 1, 0, 0);
    M = XCreateImage(d, (*(long *)((char *) (*(long *) ((char *)d + 232)) + 64)), (*(long *)((char *) (*(long *) ((char *)d + 232)) + 56)), 2, 0, (char *) x_, 1220, 616, 32, 0);
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
	    char *p = z[i];
	    int c = 0;
	    while (*p != 4) {
	        switch (*p) {
	        case 0:
	    	    k(i, p[1], p[2], p[3], c);
	    	    p += 4;
	    	    break;
	        case 1:
	    	    r(i, p[1], p[2], p[3], c);
	    	    p += 4;
	    	    break;
	        case 2:
	    	    u(i, p[1], p[2], p[3], c);
	    	    p += 4;
	    	    break;
	        case 3:
	    	    e(i, p[1]
	    	      , p[2], 0, c);
	    	    p += 3;
	    	    break;
	        case 5:
	    	    p = z[p[1]];
	    	    break;
	        case 6:
	    	    c = _x[p[1] / 4] - 1643277 * (p[1] % 4);
	    	    p += 2;
	    	    break;
	        }
	    }
    }
    while (a++) {
	    int f = syscall(2, s[1], 0);
	    syscall(0, f, m, 380);
	    syscall(3, f);
	    for (int y = 0; y < 19; y++)
	        for (int x = 0; x < 19; x++)
		    if ((x % 14 == 2) && (y % 4 == 3))
		        m[y][x] = 46;
	    b(0, 2, 3, m[3][2], a & 1 ? 43 : 45);
	    b(0, 2, 7, m[7][2], a & 2 ? 43 : 45);
	    b(0, 2, 11, m[11][2], a & 4 ? 43 : 45);
	    b(0, 2, 15, m[15][2], a & 8 ? 43 : 45);
	    for (int i = 0; i < 20; i++)
	        for (int y = 0; y < 19; y++)
		    for (int x = 0; x < 19; x++)
		        if (m[y][x] == 62)
			    b(0, x + 1, y, m[y][x + 1],
			    !(m[y - 1][x] == 43 ? 1 : 0
			        || m[y + 1][x] == 43 ? 1 : 0) ? 43 : 45);
	    for (int y = 0; y < 616; y++)
	        for (int x = 0; x < 1220; x++)
		    x_[y][x] = 0;
	    for (int y = 0; y < 19; y++)
	        for (int x = 0; x < 19; x++)
		    d_(((m[y][x] >> 4) & 1) << 2 | (m[y][x] & 3), x, y);
	    for (int y = 0; y < 19; y++)
	        for (int x = 0; x < 19; x++)
    		if ((x % 14 == 2) && (y % 4 == 3))
	    	    d_(7, x, y);
    	for (int y = 0; y < 616; y++)
	        for (int x = 0; x < 1220; x++) {
	    	    x_[y][x] &= 14737632 | (31 << ((x % 3) << 3));
	    	    x_[y][x] += 986895 & (rn *= 16777619);
	        }
	    XPutImage(d, w, (*(long *)((char *) (*(long *) ((char *)d + 232)) +	72)), M, 0, 0, 0, 0, 1220, 616);
	    XMapWindow(d, w);
	    XFlush(d);
	    syscall(35, &N, &R);
    } 
    return 0;
}

Syscalls

Заменим системные вызовы по тому же принципу, которому мы следовали в первой части:

Код без системных вызовов:

#include <X11/Xlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int _x[] = { 15117427, 8413248, 5878632, 13027014, 1 };

int x_[616][1220];
char m[19][20];
long w;
int rn = 2166136261, _[8][40][64] = { 0 };

void *M, *d, *T;

void b(int t, int x, int y, int c, int l) {
    if ((x >= 19 || y >= 19 || x < 0 || y < 0) || (m[y][x] == l)
	|| (m[y][x] != c))
	return;
    m[y][x] = l;
    b(t, x - 1, y, c, l);
    b(t, x + 1, y, c, l);
    b(t, x, y - 1, c, l);
    b(t, x, y + 1, c, l);
}

void e(int t, int x, int y, int c, int l) {
    if ((x >= 64 || y >= 40 || x < 0 || y < 0) || (_[t][y][x] == l)
	|| (_[t][y][x] != c))
	return;
    _[t][y][x] = l;
    e(t, x - 1, y, c, l);
    e(t, x + 1, y, c, l);
    e(t, x, y - 1, c, l);
    e(t, x, y + 1, c, l);
}

void k(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--) {
	_[t][y][x++] = l;
	_[t][y++][x++] = l;
    }
}

void r(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--) {
	_[t][y][x--] = l;
	_[t][y++][x--] = l;
    }
}

void u(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--)
	_[t][y++][x] = l;
}

char *z[8] = { 
    (char[]) {4}, 
    (char[]) {6, 1 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 0, 16, 0, 0,
		     21 + 0 * 3 - 0, 16, 1, 63, 21 + 0 * 3 - 0, 16, 2,
		     63 * 0, 21 - 0, 4, 2, 31 + 0, 36 - 0, 4, 0 + 1,
		     32 - 1, 5 - 0, 16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 1, 63,
		     21 + 1 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 1, 21 - 0, 4, 2, 31 + 1,
		     36 - 0, 4, 6, 1 * 4 + 0, 3, 31, 8 - 0, 6, 1 * 4 + 2,
		     3, 33, 38 - 0, 6, 1 * 4 + 3, 3, 30, 38 - 0, 4},
	(char[]) {5, 1}, 
	(char[]) {6, 0 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 0, 16,
				   0, 0, 21 + 0 * 3 - 0, 16, 1, 63,
				   21 + 0 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 0, 21 - 0,
				   4, 2, 31 + 0, 36 - 0, 4, 0 + 1, 32 - 1,
				   5 - 0, 16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 1,
				   63, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 1,
				   21 - 0, 4, 2, 31 + 1, 36 - 0, 4, 6,
				   0 * 4 + 0, 3, 31, 8 - 0, 6, 0 * 4 + 2,
				   3, 33, 38 - 0, 6, 0 * 4 + 3, 3, 30,
				   38 - 0,
				   4},
	(char[]) {4}, (char[]) {4},
	(char[]) {6, 2 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 3, 16, 0, 0,
		  21 + 0 * 3 - 3, 16, 1, 63, 21 + 0 * 3 - 3, 16, 2, 63 * 0,
		  21 - 3, 4, 2, 31 + 0, 36 - 3, 4, 0 + 1, 32 - 1, 5 - 3,
		  16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 3, 16, 1, 63, 21 + 1 * 3 - 3, 16,
		  2, 63 * 1, 21 - 3, 4, 2, 31 + 1, 36 - 3, 4, 6, 2 * 4 + 0,
		  3, 31, 8 - 3, 6, 2 * 4 + 2, 3, 33, 38 - 3, 6, 2 * 4 + 3,
		  3, 30, 38 - 3, 4}, 
    (char[]) {6, 13, 0, 32, 9 + 0, 12 - 0,
					       0, 8 + 0 + 0, 21, 12 - 0, 1,
					       31, 9 + 0, 12 - 0, 1,
					       55 - 0 - 0, 21, 12 - 0, 0,
					       32, 9 + 3, 12 - 3, 0,
					       8 + 3 + 3, 21, 12 - 3, 1,
					       31, 9 + 3, 12 - 3, 1,
					       55 - 3 - 3, 21, 12 - 3, 6,
					       14 + 0, 2, 31 + 0, 13, 4,
					       1 - 0, 31 + 0, 16, 7, 3,
					       30 + 3 * 0, 14, 6,
					       12 + 0 * 4, 3, 32 - 0,
					       11 + 0 * 8, 6, 14 + 1, 2,
					       31 + 1, 13, 4, 1 - 1,
					       31 + 1, 16, 7, 3,
					       30 + 3 * 1, 14, 6,
					       12 + 1 * 4, 3, 32 - 1,
					       11 + 1 * 8,
					       4}
};

void d_(int t, int p, int q) {
    for (int y = 0; y < 40; y++)
	for (int x = 0; x < 64; x++)
	    if (_[t]
		[y][x])
		x_[y + q * 16 + p * 16][x + 580 + p * 32 - q *
					32] = _[t][y][x];
}

int main(int a, char *s[]) {
    d = XOpenDisplay(0);
    w = XCreateSimpleWindow(d, (*(long *) ((char *) (*(long *) ((char *)d + 232)) + 16)), 0, 0, 1220, 616, 1, 0, 0);
    M = XCreateImage(d, (*(long *)((char *) (*(long *) ((char *)d + 232)) + 64)), (*(long *)((char *) (*(long *) ((char *)d + 232)) + 56)), 2, 0, (char *) x_, 1220, 616, 32, 0);
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
	    char *p = z[i];
	    int c = 0;
	    while (*p != 4) {
	        switch (*p) {
	        case 0:
	    	    k(i, p[1], p[2], p[3], c);
	    	    p += 4;
	    	    break;
	        case 1:
	    	    r(i, p[1], p[2], p[3], c);
	    	    p += 4;
	    	    break;
	        case 2:
	    	    u(i, p[1], p[2], p[3], c);
	    	    p += 4;
	    	    break;
	        case 3:
	    	    e(i, p[1]
	    	      , p[2], 0, c);
	    	    p += 3;
	    	    break;
	        case 5:
	    	    p = z[p[1]];
	    	    break;
	        case 6:
	    	    c = _x[p[1] / 4] - 1643277 * (p[1] % 4);
	    	    p += 2;
	    	    break;
	        }
	    }
    }
    while (a++) {
	    int f = open(s[1], 0);
	    read(f, m, 380);
	    close(f);
	    
	    
	    for (int y = 0; y < 19; y++)
	        for (int x = 0; x < 19; x++)
		    if ((x % 14 == 2) && (y % 4 == 3))
		        m[y][x] = 46;
	    b(0, 2, 3, m[3][2], a & 1 ? 43 : 45);
	    b(0, 2, 7, m[7][2], a & 2 ? 43 : 45);
	    b(0, 2, 11, m[11][2], a & 4 ? 43 : 45);
	    b(0, 2, 15, m[15][2], a & 8 ? 43 : 45);
	    for (int i = 0; i < 20; i++)
	        for (int y = 0; y < 19; y++)
		    for (int x = 0; x < 19; x++)
		        if (m[y][x] == 62)
			    b(0, x + 1, y, m[y][x + 1],
			    !(m[y - 1][x] == 43 ? 1 : 0
			        || m[y + 1][x] == 43 ? 1 : 0) ? 43 : 45);
	    for (int y = 0; y < 616; y++)
	        for (int x = 0; x < 1220; x++)
		    x_[y][x] = 0;
	    for (int y = 0; y < 19; y++)
	        for (int x = 0; x < 19; x++)
		    d_(((m[y][x] >> 4) & 1) << 2 | (m[y][x] & 3), x, y);
	    for (int y = 0; y < 19; y++)
	        for (int x = 0; x < 19; x++)
    		if ((x % 14 == 2) && (y % 4 == 3))
	    	    d_(7, x, y);
    	for (int y = 0; y < 616; y++)
	        for (int x = 0; x < 1220; x++) {
	    	    x_[y][x] &= 14737632 | (31 << ((x % 3) << 3));
	    	    x_[y][x] += 986895 & (rn *= 16777619);
	        }
	    XPutImage(d, w, (*(long *)((char *) (*(long *) ((char *)d + 232)) +	72)), M, 0, 0, 0, 0, 1220, 616);
	    XMapWindow(d, w);
	    XFlush(d);
	    
	    sleep(1);
    } 
    return 0;
}

XCreateSimpleWindow и смещения

Постараемся разобрать следующую конструкцию:

w = XCreateSimpleWindow(d, (*(long *) ((char *) (*(long *) ((char *)d + 232)) + 16)), 0, 0, 1220, 616, 1, 0, 0);

Куча преобразований типов, которые, на первый взгляд, нужны лишь чтобы запутать читателя, однако каждое преобразование здесь имеет свою цель, а именно:
d — это указатель на структуру Display в контексте Xlib. Он имеет поле-массив, называемое screens и для того, чтобы получить указатель на первый элемент этого массива мы должны отсчитать некоторое количество байт (на x64 — 232) от указателя на Display вперед. Так как Display не char *, то при прямом отсчитывании мы обсчитались бы в sizeof(long *) байт. Поэтому приведем d к char * и сдвинемся на 232 байта:

 ((char *)d + 232)

Мы получили позицию первого элемента Screens в памяти. Приведем его к полноценному указателю и разыменуем:

(*(long *) ((char *)d + 232))

Теперь внутри структуры Screens мы должны получить указатель на корневое окно, Root. Для этого отойдем от Screens на 16 байт и разыменуем конструкцию:

(*(long *) ((char *) (*(long *) ((char *)d + 232)) + 16))

Эта конструкция на самом деле каждый день используется программистами под Xlib, поскольку её общеупотребимый эквивалент — это

RootWindow(Display, DefaultScreen(Display))

Аналогичным образом заменим соответствующие смещения в других местах, чтобы получить более привычные глазу макросы (заодно поправим косяки indent):

Код после замены смещений:


#include <X11/Xlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int _x[] = { 15117427, 8413248, 5878632, 13027014, 1 };

int x_[616][1220];
char m[19][20];
int rn = 2166136261, _[8][40][64] = { 0 };

void *T;

Display * display;
Window window;
XImage * image;

void b(int t, int x, int y, int c, int l) {
    if ((x >= 19 || y >= 19 || x < 0 || y < 0) || (m[y][x] == l)
    || (m[y][x] != c))
    return;
    m[y][x] = l;
    b(t, x - 1, y, c, l);
    b(t, x + 1, y, c, l);
    b(t, x, y - 1, c, l);
    b(t, x, y + 1, c, l);
}

void e(int t, int x, int y, int c, int l) {
    if ((x >= 64 || y >= 40 || x < 0 || y < 0) || (_[t][y][x] == l)
        || (_[t][y][x] != c))
        return;
    _[t][y][x] = l;
    e(t, x - 1, y, c, l);
    e(t, x + 1, y, c, l);
    e(t, x, y - 1, c, l);
    e(t, x, y + 1, c, l);
}

void k(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--) {
        _[t][y][x++] = l;
        _[t][y++][x++] = l;
    }
}

void r(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--) {
        _[t][y][x--] = l;
        _[t][y++][x--] = l;
    }
}

void u(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--)
        _[t][y++][x] = l;
}

char *z[8] = { 
    (char[]) {4}, 
    (char[]) {6, 1 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 0, 16, 0, 0,
              21 + 0 * 3 - 0, 16, 1, 63, 21 + 0 * 3 - 0, 16, 2,
              63 * 0, 21 - 0, 4, 2, 31 + 0, 36 - 0, 4, 0 + 1,
              32 - 1, 5 - 0, 16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 1, 63,
              21 + 1 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 1, 21 - 0, 4, 2, 31 + 1,
              36 - 0, 4, 6, 1 * 4 + 0, 3, 31, 8 - 0, 6, 1 * 4 + 2,
              3, 33, 38 - 0, 6, 1 * 4 + 3, 3, 30, 38 - 0, 4},
    (char[]) {5, 1}, 
    (char[]) {6, 0 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 0, 16,
              0, 0, 21 + 0 * 3 - 0, 16, 1, 63,
              21 + 0 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 0, 21 - 0,
              4, 2, 31 + 0, 36 - 0, 4, 0 + 1, 32 - 1,
              5 - 0, 16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 1,
              63, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 1,
              21 - 0, 4, 2, 31 + 1, 36 - 0, 4, 6,
              0 * 4 + 0, 3, 31, 8 - 0, 6, 0 * 4 + 2,
              3, 33, 38 - 0, 6, 0 * 4 + 3, 3, 30,
              38 - 0,
              4},
    (char[]) {4}, 
    (char[]) {4},
    (char[]) {6, 2 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 3, 16, 0, 0,
              21 + 0 * 3 - 3, 16, 1, 63, 21 + 0 * 3 - 3, 16, 2, 63 * 0,
              21 - 3, 4, 2, 31 + 0, 36 - 3, 4, 0 + 1, 32 - 1, 5 - 3,
              16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 3, 16, 1, 63, 21 + 1 * 3 - 3, 16,
              2, 63 * 1, 21 - 3, 4, 2, 31 + 1, 36 - 3, 4, 6, 2 * 4 + 0,
              3, 31, 8 - 3, 6, 2 * 4 + 2, 3, 33, 38 - 3, 6, 2 * 4 + 3,
              3, 30, 38 - 3, 4}, 
    (char[]) {6, 13, 0, 32, 9 + 0, 12 - 0,
              0, 8 + 0 + 0, 21, 12 - 0, 1,
              31, 9 + 0, 12 - 0, 1,
              55 - 0 - 0, 21, 12 - 0, 0,
              32, 9 + 3, 12 - 3, 0,
              8 + 3 + 3, 21, 12 - 3, 1,
              31, 9 + 3, 12 - 3, 1,
              55 - 3 - 3, 21, 12 - 3, 6,
              14 + 0, 2, 31 + 0, 13, 4,
              1 - 0, 31 + 0, 16, 7, 3,
              30 + 3 * 0, 14, 6,
              12 + 0 * 4, 3, 32 - 0,
              11 + 0 * 8, 6, 14 + 1, 2,
              31 + 1, 13, 4, 1 - 1,
              31 + 1, 16, 7, 3,
              30 + 3 * 1, 14, 6,
              12 + 1 * 4, 3, 32 - 1,
              11 + 1 * 8,
              4}
};

void d_(int t, int p, int q) {
    for (int y = 0; y < 40; y++)
    for (int x = 0; x < 64; x++)
        if (_[t][y][x])
            x_[y + q * 16 + p * 16][x + 580 + p * 32 - q * 32] = _[t][y][x];
}

int main(int a, char *s[]) {
    display = XOpenDisplay(0);
    window = XCreateSimpleWindow(display, 
                                 RootWindow(display, DefaultScreen(display)), 
                                 0, 0, 1220, 616, 1, 0, 0);
    image = XCreateImage(display, 
                     DefaultVisual(display, DefaultScreen(display)), 
                     DefaultDepth(display, DefaultScreen(display)),
                     2, 0, (char *) x_, 1220, 616, 32, 0);
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        char *p = z[i];
        int c = 0;
        while (*p != 4) {
            switch (*p) {
            case 0:
                k(i, p[1], p[2], p[3], c);
                p += 4;
                break;
            case 1:
                r(i, p[1], p[2], p[3], c);
                p += 4;
                break;
            case 2:
                u(i, p[1], p[2], p[3], c);
                p += 4;
                break;
            case 3:
                e(i, p[1]
                  , p[2], 0, c);
                p += 3;
                break;
            case 5:
                p = z[p[1]];
                break;
            case 6:
                c = _x[p[1] / 4] - 1643277 * (p[1] % 4);
                p += 2;
                break;
            }
        }
    }
    while (a++) {
        int f = open(s[1], 0);
        read(f, m, 380);
        close(f);
        
        
        for (int y = 0; y < 19; y++)
            for (int x = 0; x < 19; x++)
                if ((x % 14 == 2) && (y % 4 == 3))
                    m[y][x] = 46;
        b(0, 2, 3, m[3][2], a & 1 ? 43 : 45);
        b(0, 2, 7, m[7][2], a & 2 ? 43 : 45);
        b(0, 2, 11, m[11][2], a & 4 ? 43 : 45);
        b(0, 2, 15, m[15][2], a & 8 ? 43 : 45);
        for (int i = 0; i < 20; i++)
            for (int y = 0; y < 19; y++)
                for (int x = 0; x < 19; x++)
                    if (m[y][x] == 62)
                        b(0, x + 1, y, m[y][x + 1],
                            !(m[y - 1][x] == 43 ? 1 : 0
                            || m[y + 1][x] == 43 ? 1 : 0) ? 43 : 45);
        for (int y = 0; y < 616; y++)
            for (int x = 0; x < 1220; x++)
                x_[y][x] = 0;
        for (int y = 0; y < 19; y++)
            for (int x = 0; x < 19; x++)
                d_(((m[y][x] >> 4) & 1) << 2 | (m[y][x] & 3), x, y);
        for (int y = 0; y < 19; y++)
            for (int x = 0; x < 19; x++)
                if ((x % 14 == 2) && (y % 4 == 3))
                    d_(7, x, y);
        for (int y = 0; y < 616; y++)
            for (int x = 0; x < 1220; x++) {
                x_[y][x] &= 14737632 | (31 << ((x % 3) << 3));
                x_[y][x] += 986895 & (rn *= 16777619);
            }
        XPutImage(display, window, 
                  DefaultGC(display, DefaultScreen(display)), 
                  image, 0, 0, 0, 0, 1220, 616);
        XMapWindow(display, window);
        XFlush(display);
        
        sleep(1);
    } 
    return 0;
}

Данные изображения

Обратим внимание, что XCreateImage требует на вход указатель на область памяти, где будут храниться данные пикселей. Для нашего вызова функции это переменная «x_». Переименуем ее в pixdata и найдем все места, где она используется:

void d_(int t, int p, int q) {
    for (int y = 0; y < 40; y++)
    for (int x = 0; x < 64; x++)
        if (_[t][y][x])
            pixdata[y + q * 16 + p * 16][x + 580 + p * 32 - q * 32] = _[t][y][x]; // Очевидно, что это копирование данных из какого-то источника
}

    image = XCreateImage(display, 
                     DefaultVisual(display, DefaultScreen(display)), 
                     DefaultDepth(display, DefaultScreen(display)),
                     2, 0, (char *) pixdata, 1220, 616, 32, 0); // создание изображения

        for (int y = 0; y < 616; y++)
            for (int x = 0; x < 1220; x++)
                pixdata[y][x] = 0; // "Обнуление" пикселей, закраска черным цветом

        for (int y = 0; y < 616; y++)
            for (int x = 0; x < 1220; x++) { // Какая-то странная математическая операция, очевидно применяемая ко всему изображению.
                pixdata[y][x] &= 14737632 | (31 << ((x % 3) << 3));
                pixdata[y][x] += 986895 & (rn *= 16777619);
            }

Вычленим блок pixdata[..] = 0 в отдельную функцию и попытаемся разобрать, что же делает первое вхождение:

    for (int y = 0; y < 40; y++)
    for (int x = 0; x < 64; x++)
        if (_[t][y][x])
            pixdata[y + q * 16 + p * 16][x + 580 + p * 32 - q * 32] = _[t][y][x];

Если присмотреться к итоговому изображению, сформированному при работе программы, то легко заметить, что 40 и 64 — это размеры отдельного «блока», из которого построена схема.
Как я участвовал в IOCCC-'19 (и проиграл). Часть 2: «Симулятор NOR» - 6
Следовательно, эта функция рисует отдельный «тайл» на канве основного изображения, а судя по индексации массива "_" переменная «t» отвечает за индекс изображения, а p и q — за координаты x и y. Заодно переименуем "_" в textures:

Код на данный момент:


#include <X11/Xlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

/* Код после рефакторинга */

/*! brief Ширина изображения в пикселях */
#define IMAGE_WIDTH *1220)
/*! brief Высота изображения в пикселях */
#define IMAGE_HEIGHT (616)

/*! brief Количество текстур */
#define TEXTURE_COUNT (8)
/*! brief Ширина текстуры в пикселях */
#define TEXTURE_WIDTH (64)
/*! brief Высота текстур в пикселях */
#define TEXTURE_HEIGHT (40)

/*! brief Бинарные данные пикселей изображения.
 * Типизированы к int для оперирования пикселями вместо каналов */
int pixdata[IMAGE_HEIGHT][IMAGE_WIDTH];
int textures[TEXTURE_COUNT][TEXTURE_HEIGHT][TEXTURE_WIDTH] = { 0 };

/*! brief Экземпляр дисплея Xlib */
Display * display;
/*! brief Экземпляр главного окна Xlib */
Window window;
/*! brief Изображение для вывода на экран */
XImage * image;

/* brief Обнуляет изображение, заполняя его черным цветом */
static void _image_reset(void) {
    for (int y = 0; y < IMAGE_HEIGHT; y++)
        for (int x = 0; x < IMAGE_WIDTH; x++)
            pixdata[y][x] = 0;
}

/*! brief Отрисовывает текстуру на главном холсте по указанным координатам
 * param[in] t Индекс текстуры
 * param[in] x X координата тайла
 * param[in] y Y координата тайла */
void _texture_draw(int t, int x, int y) {
    for (int ty = 0; ty < TEXTURE_HEIGHT; ty++)
        for (int tx = 0; tx < TEXTURE_WIDTH; tx++)
            if (textures[t][ty][tx])
                pixdata[ty + y * 16 + x * 16]
                       [tx + 580 + x * 32 - y * 32] = textures[t][ty][tx];
}

/* Код до рефакторинга */

int _x[] = { 15117427, 8413248, 5878632, 13027014, 1 };

char m[19][20];
int rn = 2166136261;

void *T;

void b(int t, int x, int y, int c, int l) {
    if ((x >= 19 || y >= 19 || x < 0 || y < 0) || (m[y][x] == l)
    || (m[y][x] != c))
    return;
    m[y][x] = l;
    b(t, x - 1, y, c, l);
    b(t, x + 1, y, c, l);
    b(t, x, y - 1, c, l);
    b(t, x, y + 1, c, l);
}

void e(int t, int x, int y, int c, int l) {
    if ((x >= TEXTURE_WIDTH || y >= TEXTURE_HEIGHT || 
         x < 0 || y < 0) || 
         (textures[t][y][x] == l) || 
         (textures[t][y][x] != c))
        return;
    textures[t][y][x] = l;
    e(t, x - 1, y, c, l);
    e(t, x + 1, y, c, l);
    e(t, x, y - 1, c, l);
    e(t, x, y + 1, c, l);
}

void k(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--) {
        textures[t][y][x++] = l;
        textures[t][y++][x++] = l;
    }
}

void r(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--) {
        textures[t][y][x--] = l;
        textures[t][y++][x--] = l;
    }
}

void u(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--)
        textures[t][y++][x] = l;
}

char *z[8] = { 
    (char[]) {4}, 
    (char[]) {6, 1 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 0, 16, 0, 0,
              21 + 0 * 3 - 0, 16, 1, 63, 21 + 0 * 3 - 0, 16, 2,
              63 * 0, 21 - 0, 4, 2, 31 + 0, 36 - 0, 4, 0 + 1,
              32 - 1, 5 - 0, 16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 1, 63,
              21 + 1 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 1, 21 - 0, 4, 2, 31 + 1,
              36 - 0, 4, 6, 1 * 4 + 0, 3, 31, 8 - 0, 6, 1 * 4 + 2,
              3, 33, 38 - 0, 6, 1 * 4 + 3, 3, 30, 38 - 0, 4},
    (char[]) {5, 1}, 
    (char[]) {6, 0 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 0, 16,
              0, 0, 21 + 0 * 3 - 0, 16, 1, 63,
              21 + 0 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 0, 21 - 0,
              4, 2, 31 + 0, 36 - 0, 4, 0 + 1, 32 - 1,
              5 - 0, 16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 1,
              63, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 1,
              21 - 0, 4, 2, 31 + 1, 36 - 0, 4, 6,
              0 * 4 + 0, 3, 31, 8 - 0, 6, 0 * 4 + 2,
              3, 33, 38 - 0, 6, 0 * 4 + 3, 3, 30,
              38 - 0,
              4},
    (char[]) {4}, 
    (char[]) {4},
    (char[]) {6, 2 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 3, 16, 0, 0,
              21 + 0 * 3 - 3, 16, 1, 63, 21 + 0 * 3 - 3, 16, 2, 63 * 0,
              21 - 3, 4, 2, 31 + 0, 36 - 3, 4, 0 + 1, 32 - 1, 5 - 3,
              16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 3, 16, 1, 63, 21 + 1 * 3 - 3, 16,
              2, 63 * 1, 21 - 3, 4, 2, 31 + 1, 36 - 3, 4, 6, 2 * 4 + 0,
              3, 31, 8 - 3, 6, 2 * 4 + 2, 3, 33, 38 - 3, 6, 2 * 4 + 3,
              3, 30, 38 - 3, 4}, 
    (char[]) {6, 13, 0, 32, 9 + 0, 12 - 0,
              0, 8 + 0 + 0, 21, 12 - 0, 1,
              31, 9 + 0, 12 - 0, 1,
              55 - 0 - 0, 21, 12 - 0, 0,
              32, 9 + 3, 12 - 3, 0,
              8 + 3 + 3, 21, 12 - 3, 1,
              31, 9 + 3, 12 - 3, 1,
              55 - 3 - 3, 21, 12 - 3, 6,
              14 + 0, 2, 31 + 0, 13, 4,
              1 - 0, 31 + 0, 16, 7, 3,
              30 + 3 * 0, 14, 6,
              12 + 0 * 4, 3, 32 - 0,
              11 + 0 * 8, 6, 14 + 1, 2,
              31 + 1, 13, 4, 1 - 1,
              31 + 1, 16, 7, 3,
              30 + 3 * 1, 14, 6,
              12 + 1 * 4, 3, 32 - 1,
              11 + 1 * 8,
              4}
};

int main(int a, char *s[]) {
    display = XOpenDisplay(0);
    window = XCreateSimpleWindow(display, 
                                 RootWindow(display, DefaultScreen(display)), 
                                 0, 0, IMAGE_WIDTH, IMAGE_HEIGHT, 1, 0, 0);
    image = XCreateImage(display, 
                     DefaultVisual(display, DefaultScreen(display)), 
                     DefaultDepth(display, DefaultScreen(display)),
                     2, 0, (char *) pixdata, IMAGE_WIDTH, IMAGE_HEIGHT, 32, 0);
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        char *p = z[i];
        int c = 0;
        while (*p != 4) {
            switch (*p) {
            case 0:
                k(i, p[1], p[2], p[3], c);
                p += 4;
                break;
            case 1:
                r(i, p[1], p[2], p[3], c);
                p += 4;
                break;
            case 2:
                u(i, p[1], p[2], p[3], c);
                p += 4;
                break;
            case 3:
                e(i, p[1]
                  , p[2], 0, c);
                p += 3;
                break;
            case 5:
                p = z[p[1]];
                break;
            case 6:
                c = _x[p[1] / 4] - 1643277 * (p[1] % 4);
                p += 2;
                break;
            }
        }
    }
    while (a++) {
        int f = open(s[1], 0);
        read(f, m, 380);
        close(f);
        
        for (int y = 0; y < 19; y++)
            for (int x = 0; x < 19; x++)
                if ((x % 14 == 2) && (y % 4 == 3))
                    m[y][x] = 46;
        b(0, 2, 3, m[3][2], a & 1 ? 43 : 45);
        b(0, 2, 7, m[7][2], a & 2 ? 43 : 45);
        b(0, 2, 11, m[11][2], a & 4 ? 43 : 45);
        b(0, 2, 15, m[15][2], a & 8 ? 43 : 45);
        for (int i = 0; i < 20; i++)
            for (int y = 0; y < 19; y++)
                for (int x = 0; x < 19; x++)
                    if (m[y][x] == 62)
                        b(0, x + 1, y, m[y][x + 1],
                            !(m[y - 1][x] == 43 ? 1 : 0
                            || m[y + 1][x] == 43 ? 1 : 0) ? 43 : 45);
        
        _image_reset();  
        
        for (int y = 0; y < 19; y++)
            for (int x = 0; x < 19; x++)
                _texture_draw(((m[y][x] >> 4) & 1) << 2 | (m[y][x] & 3), x, y);
                
        for (int y = 0; y < 19; y++)
            for (int x = 0; x < 19; x++)
                if ((x % 14 == 2) && (y % 4 == 3))
                    _texture_draw(7, x, y);
        for (int y = 0; y < IMAGE_HEIGHT; y++)
            for (int x = 0; x < IMAGE_WIDTH; x++) {
                pixdata[y][x] &= 14737632 | (31 << ((x % 3) << 3));
                pixdata[y][x] += 986895 & (rn *= 16777619);
            }
        XPutImage(display, window, 
                  DefaultGC(display, DefaultScreen(display)), 
                  image, 0, 0, 0, 0, IMAGE_WIDTH, IMAGE_HEIGHT);
        XMapWindow(display, window);
        XFlush(display);
        
        sleep(1);
    } 
    return 0;
}

Чтение карты

Выделим в отдельную функцию строки open..close, где читается содержимое выбранного файла в переменную m (которую переименуем в mapdata).

Почему файл считается в каждом цикле? Так было короче с точки зрения кода и токенов. Около 4 дней занял процесс «утрамбовывания» кода чтобы поместиться в лимиты правил. Если читать файл только один раз то потребовалось бы дополнительное хранилище и какой-то аналог функции memcpy.

Выделена функция _map_read

#include <X11/Xlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

/* Код после рефакторинга */

/*! brief Ширина изображения в пикселях */
#define IMAGE_WIDTH (1220)
/*! brief Высота изображения в пикселях */
#define IMAGE_HEIGHT (616)
/*! brief Сдвиг верхней грани карты от левой стороны */
#define IMAGE_SHIFTX (580)

/*! brief Количество текстур */
#define TEXTURE_COUNT (8)
/*! brief Ширина текстуры в пикселях */
#define TEXTURE_WIDTH (64)
/*! brief Высота текстур в пикселях */
#define TEXTURE_HEIGHT (40)
/*! brief Ширина грани текстуры в пикселях */
#define TEXTURE_TOP_WIDTH (64)
/*! brief Высота грани текстуры в пикселях */
#define TEXTURE_TOP_HEIGHT (32)

/*! brief Ширина эмулируемого поля */
#define MAP_WIDTH (19)
/*! brief Высота эмулируемого поля */
#define MAP_HEIGHT (19)
/*! brief Количество данные в файле-чертеже. Один байт добавлен для символа 'n' */
#define MAP_FILEDATA ((MAP_WIDTH + 1) * MAP_HEIGHT)

/*! brief Бинарные данные пикселей изображения.
 * Типизированы к int для оперирования пикселями вместо каналов */
int pixdata[IMAGE_HEIGHT][IMAGE_WIDTH];
/*! brief Текстуры блоков, отображаемых на поле */
int textures[TEXTURE_COUNT][TEXTURE_HEIGHT][TEXTURE_WIDTH] = { 0 };
/*! brief Данные эмулируемого поля. 
 * Один байт добавлен для упрощения обработки символа 'n' */
char mapdata[MAP_HEIGHT][MAP_WIDTH + 1];

/*! brief Экземпляр дисплея Xlib */
Display * display;
/*! brief Экземпляр главного окна Xlib */
Window window;
/*! brief Изображение для вывода на экран */
XImage * image;

/* brief Обнуляет изображение, заполняя его черным цветом */
static void _image_reset(void) {
    for (int y = 0; y < IMAGE_HEIGHT; y++)
        for (int x = 0; x < IMAGE_WIDTH; x++)
            pixdata[y][x] = 0;
}

/*! brief Отрисовывает текстуру на главном холсте по указанным координатам
 * param[in] t Индекс текстуры
 * param[in] x X координата тайла
 * param[in] y Y координата тайла */
static void _texture_draw(int t, int x, int y) {
    for (int ty = 0; ty < TEXTURE_HEIGHT; ty++)
        for (int tx = 0; tx < TEXTURE_WIDTH; tx++)
            if (textures[t][ty][tx])
                pixdata[ty + 
                        y * (TEXTURE_TOP_HEIGHT / 2) + 
                        x * (TEXTURE_TOP_HEIGHT / 2)]
                       [tx + 
                        IMAGE_SHIFTX + 
                        x * (TEXTURE_TOP_WIDTH / 2) - 
                        y * TEXTURE_TOP_HEIGHT] = textures[t][ty][tx];
}

/*! brief Читает данные файла-чертежа и загружает их в карту 
 * param[in] filename Имя файла-чертежа */
static void _map_read(const char * filename) {
    int f = open(filename, 0);
    read(f, mapdata, MAP_FILEDATA);
    close(f);
}

/* Код до рефакторинга */

int _x[] = { 15117427, 8413248, 5878632, 13027014, 1 };
int rn = 2166136261;

void *T;

void b(int t, int x, int y, int c, int l) {
    if ((x >= MAP_WIDTH || y >= MAP_HEIGHT || 
         x < 0 || y < 0) || (mapdata[y][x] == l)
        || (mapdata[y][x] != c))
        return;
    mapdata[y][x] = l;
    b(t, x - 1, y, c, l);
    b(t, x + 1, y, c, l);
    b(t, x, y - 1, c, l);
    b(t, x, y + 1, c, l);
}

void e(int t, int x, int y, int c, int l) {
    if ((x >= TEXTURE_WIDTH || y >= TEXTURE_HEIGHT || 
         x < 0 || y < 0) || 
         (textures[t][y][x] == l) || 
         (textures[t][y][x] != c))
        return;
    textures[t][y][x] = l;
    e(t, x - 1, y, c, l);
    e(t, x + 1, y, c, l);
    e(t, x, y - 1, c, l);
    e(t, x, y + 1, c, l);
}

void k(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--) {
        textures[t][y][x++] = l;
        textures[t][y++][x++] = l;
    }
}

void r(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--) {
        textures[t][y][x--] = l;
        textures[t][y++][x--] = l;
    }
}

void u(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--)
        textures[t][y++][x] = l;
}

char *z[8] = { 
    (char[]) {4}, 
    (char[]) {6, 1 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 0, 16, 0, 0,
              21 + 0 * 3 - 0, 16, 1, 63, 21 + 0 * 3 - 0, 16, 2,
              63 * 0, 21 - 0, 4, 2, 31 + 0, 36 - 0, 4, 0 + 1,
              32 - 1, 5 - 0, 16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 1, 63,
              21 + 1 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 1, 21 - 0, 4, 2, 31 + 1,
              36 - 0, 4, 6, 1 * 4 + 0, 3, 31, 8 - 0, 6, 1 * 4 + 2,
              3, 33, 38 - 0, 6, 1 * 4 + 3, 3, 30, 38 - 0, 4},
    (char[]) {5, 1}, 
    (char[]) {6, 0 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 0, 16,
              0, 0, 21 + 0 * 3 - 0, 16, 1, 63,
              21 + 0 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 0, 21 - 0,
              4, 2, 31 + 0, 36 - 0, 4, 0 + 1, 32 - 1,
              5 - 0, 16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 1,
              63, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 1,
              21 - 0, 4, 2, 31 + 1, 36 - 0, 4, 6,
              0 * 4 + 0, 3, 31, 8 - 0, 6, 0 * 4 + 2,
              3, 33, 38 - 0, 6, 0 * 4 + 3, 3, 30,
              38 - 0,
              4},
    (char[]) {4}, 
    (char[]) {4},
    (char[]) {6, 2 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 3, 16, 0, 0,
              21 + 0 * 3 - 3, 16, 1, 63, 21 + 0 * 3 - 3, 16, 2, 63 * 0,
              21 - 3, 4, 2, 31 + 0, 36 - 3, 4, 0 + 1, 32 - 1, 5 - 3,
              16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 3, 16, 1, 63, 21 + 1 * 3 - 3, 16,
              2, 63 * 1, 21 - 3, 4, 2, 31 + 1, 36 - 3, 4, 6, 2 * 4 + 0,
              3, 31, 8 - 3, 6, 2 * 4 + 2, 3, 33, 38 - 3, 6, 2 * 4 + 3,
              3, 30, 38 - 3, 4}, 
    (char[]) {6, 13, 0, 32, 9 + 0, 12 - 0,
              0, 8 + 0 + 0, 21, 12 - 0, 1,
              31, 9 + 0, 12 - 0, 1,
              55 - 0 - 0, 21, 12 - 0, 0,
              32, 9 + 3, 12 - 3, 0,
              8 + 3 + 3, 21, 12 - 3, 1,
              31, 9 + 3, 12 - 3, 1,
              55 - 3 - 3, 21, 12 - 3, 6,
              14 + 0, 2, 31 + 0, 13, 4,
              1 - 0, 31 + 0, 16, 7, 3,
              30 + 3 * 0, 14, 6,
              12 + 0 * 4, 3, 32 - 0,
              11 + 0 * 8, 6, 14 + 1, 2,
              31 + 1, 13, 4, 1 - 1,
              31 + 1, 16, 7, 3,
              30 + 3 * 1, 14, 6,
              12 + 1 * 4, 3, 32 - 1,
              11 + 1 * 8,
              4}
};

int main(int a, char *s[]) {
    display = XOpenDisplay(0);
    window = XCreateSimpleWindow(display, 
                                 RootWindow(display, DefaultScreen(display)), 
                                 0, 0, IMAGE_WIDTH, IMAGE_HEIGHT, 1, 0, 0);
    image = XCreateImage(display, 
                     DefaultVisual(display, DefaultScreen(display)), 
                     DefaultDepth(display, DefaultScreen(display)),
                     2, 0, (char *) pixdata, IMAGE_WIDTH, IMAGE_HEIGHT, 32, 0);
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        char *p = z[i];
        int c = 0;
        while (*p != 4) {
            switch (*p) {
            case 0:
                k(i, p[1], p[2], p[3], c);
                p += 4;
                break;
            case 1:
                r(i, p[1], p[2], p[3], c);
                p += 4;
                break;
            case 2:
                u(i, p[1], p[2], p[3], c);
                p += 4;
                break;
            case 3:
                e(i, p[1]
                  , p[2], 0, c);
                p += 3;
                break;
            case 5:
                p = z[p[1]];
                break;
            case 6:
                c = _x[p[1] / 4] - 1643277 * (p[1] % 4);
                p += 2;
                break;
            }
        }
    }
    while (a++) {
        _map_read(s[1]);
        
        for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
            for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
                if ((x % 14 == 2) && (y % 4 == 3))
                    mapdata[y][x] = 46;
        b(0, 2, 3, mapdata[3][2], a & 1 ? 43 : 45);
        b(0, 2, 7, mapdata[7][2], a & 2 ? 43 : 45);
        b(0, 2, 11, mapdata[11][2], a & 4 ? 43 : 45);
        b(0, 2, 15, mapdata[15][2], a & 8 ? 43 : 45);
        for (int i = 0; i < 20; i++)
            for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
                for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
                    if (mapdata[y][x] == 62)
                        b(0, x + 1, y, mapdata[y][x + 1],
                            !(mapdata[y - 1][x] == 43 ? 1 : 0
                            || mapdata[y + 1][x] == 43 ? 1 : 0) ? 43 : 45);
        
        _image_reset();  
        
        for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
            for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
                _texture_draw(((m[y][x] >> 4) & 1) << 2 | (mapdata[y][x] & 3), x, y);
                
        for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
            for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
                if ((x % 14 == 2) && (y % 4 == 3))
                    _texture_draw(7, x, y);
        for (int y = 0; y < IMAGE_HEIGHT; y++)
            for (int x = 0; x < IMAGE_WIDTH; x++) {
                pixdata[y][x] &= 14737632 | (31 << ((x % 3) << 3));
                pixdata[y][x] += 986895 & (rn *= 16777619);
            }
        XPutImage(display, window, 
                  DefaultGC(display, DefaultScreen(display)), 
                  image, 0, 0, 0, 0, IMAGE_WIDTH, IMAGE_HEIGHT);
        XMapWindow(display, window);
        XFlush(display);
        
        sleep(1);
    } 
    return 0;
}

Раз уж мы затронули переменную mapdata, обратим внимание на строки и функции, где она изменяется — это функция «b», которую мы пока трогать не будем и «main» где, обратив внимание на содержимое «комплектных» файлов конфигураций проведем рефакторинг:

После рефакторинга по mapdata


#include <X11/Xlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

/* Код после рефакторинга */

/*! brief Ширина изображения в пикселях */
#define IMAGE_WIDTH (1220)
/*! brief Высота изображения в пикселях */
#define IMAGE_HEIGHT (616)
/*! brief Сдвиг верхней грани карты от левой стороны */
#define IMAGE_SHIFTX (580)

/*! brief Количество текстур */
#define TEXTURE_COUNT (8)
/*! brief Ширина текстуры в пикселях */
#define TEXTURE_WIDTH (64)
/*! brief Высота текстур в пикселях */
#define TEXTURE_HEIGHT (40)
/*! brief Ширина грани текстуры в пикселях */
#define TEXTURE_TOP_WIDTH (64)
/*! brief Высота грани текстуры в пикселях */
#define TEXTURE_TOP_HEIGHT (32)

/*! brief Ширина эмулируемого поля */
#define MAP_WIDTH (19)
/*! brief Высота эмулируемого поля */
#define MAP_HEIGHT (19)
/*! brief Количество данные в файле-чертеже. Один байт добавлен для символа 'n' */
#define MAP_FILEDATA ((MAP_WIDTH + 1) * MAP_HEIGHT)
/*! brief Количество итераций во время расчета NOR-узлов */
#define MAP_ITERATIONS (20)

/*! brief Содержит структуры синтаксиса файла-конфигурации */
enum map_characters {
    MAPCHAR_WIRE  = '.', /**< Провод            (ASCII = 46) */
    MAPCHAR_PLUS  = '+', /**< Провод (есть ток) (ASCII = 43) */
    MAPCHAR_MINUS = '-', /**< Провод (нет тока) (ASCII = 45) */
    MAPCHAR_NOR   = '>', /**< NOR-элемент       (ASCII = 62) */
}

/*! brief Бинарные данные пикселей изображения.
 * Типизированы к int для оперирования пикселями вместо каналов */
int pixdata[IMAGE_HEIGHT][IMAGE_WIDTH];
/*! brief Текстуры блоков, отображаемых на поле */
int textures[TEXTURE_COUNT][TEXTURE_HEIGHT][TEXTURE_WIDTH] = { 0 };
/*! brief Данные эмулируемого поля. 
 * Один байт добавлен для упрощения обработки символа 'n' */
char mapdata[MAP_HEIGHT][MAP_WIDTH + 1];

/*! brief Экземпляр дисплея Xlib */
Display * display;
/*! brief Экземпляр главного окна Xlib */
Window window;
/*! brief Изображение для вывода на экран */
XImage * image;

/* brief Обнуляет изображение, заполняя его черным цветом */
static void _image_reset(void) {
    for (int y = 0; y < IMAGE_HEIGHT; y++)
        for (int x = 0; x < IMAGE_WIDTH; x++)
            pixdata[y][x] = 0;
}

/*! brief Отрисовывает текстуру на главном холсте по указанным координатам
 * param[in] t Индекс текстуры
 * param[in] x X координата тайла
 * param[in] y Y координата тайла */
static void _texture_draw(int t, int x, int y) {
    for (int ty = 0; ty < TEXTURE_HEIGHT; ty++)
        for (int tx = 0; tx < TEXTURE_WIDTH; tx++)
            if (textures[t][ty][tx])
                pixdata[ty + 
                        y * (TEXTURE_TOP_HEIGHT / 2) + 
                        x * (TEXTURE_TOP_HEIGHT / 2)]
                       [tx + 
                        IMAGE_SHIFTX + 
                        x * (TEXTURE_TOP_WIDTH / 2) - 
                        y * TEXTURE_TOP_HEIGHT] = textures[t][ty][tx];
}

/*! brief Читает данные файла-чертежа и загружает их в карту 
 * param[in] filename Имя файла-чертежа */
static void _map_read(const char * filename) {
    int f = open(filename, 0);
    read(f, mapdata, MAP_FILEDATA);
    close(f);
}

/*! brief Заменяет иллюстративные входы из файла-конфигурации на вход
 * в виде провода чтобы работала логика распространения фронта волны */
static void _map_wire_inputs(void) {
    for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
        for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
            if ((x % 14 == 2) && (y % 4 == 3))
                mapdata[y][x] = MAPCHAR_WIRE;
}

/*! brief Включает соответствующие входы схемы в зависимости от значения
 * счетчика.
 * param[in] counter Счетчик */
static void _map_wire_counter(int counter) {
    b(0, 2, 3,  mapdata[3][2],  counter & 1 ? MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
    b(0, 2, 7,  mapdata[7][2],  counter & 2 ? MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
    b(0, 2, 11, mapdata[11][2], counter & 4 ? MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
    b(0, 2, 15, mapdata[15][2], counter & 8 ? MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
}

/*! brief Проводит расчет выходного (результирующего) тока после NOR-узла */
static void _map_process_gates(void) {       
    for (int i = 0; i < MAP_ITERATIONS; i++)
        for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
            for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
                if (mapdata[y][x] == MAPCHAR_NOR)
                    b(0, x + 1, y, mapdata[y][x + 1],
                        !(mapdata[y - 1][x] == MAPCHAR_PLUS ? 1 : 0
                       || mapdata[y + 1][x] == MAPCHAR_PLUS ? 1 : 0) ? 
                            MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
}

/* Код до рефакторинга */

int _x[] = { 15117427, 8413248, 5878632, 13027014, 1 };
int rn = 2166136261;

void *T;

void b(int t, int x, int y, int c, int l) {
    if ((x >= MAP_WIDTH || y >= MAP_HEIGHT || 
         x < 0 || y < 0) || (mapdata[y][x] == l)
        || (mapdata[y][x] != c))
        return;
    mapdata[y][x] = l;
    b(t, x - 1, y, c, l);
    b(t, x + 1, y, c, l);
    b(t, x, y - 1, c, l);
    b(t, x, y + 1, c, l);
}

void e(int t, int x, int y, int c, int l) {
    if ((x >= TEXTURE_WIDTH || y >= TEXTURE_HEIGHT || 
         x < 0 || y < 0) || 
         (textures[t][y][x] == l) || 
         (textures[t][y][x] != c))
        return;
    textures[t][y][x] = l;
    e(t, x - 1, y, c, l);
    e(t, x + 1, y, c, l);
    e(t, x, y - 1, c, l);
    e(t, x, y + 1, c, l);
}

void k(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--) {
        textures[t][y][x++] = l;
        textures[t][y++][x++] = l;
    }
}

void r(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--) {
        textures[t][y][x--] = l;
        textures[t][y++][x--] = l;
    }
}

void u(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--)
        textures[t][y++][x] = l;
}

char *z[8] = { 
    (char[]) {4}, 
    (char[]) {6, 1 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 0, 16, 0, 0,
              21 + 0 * 3 - 0, 16, 1, 63, 21 + 0 * 3 - 0, 16, 2,
              63 * 0, 21 - 0, 4, 2, 31 + 0, 36 - 0, 4, 0 + 1,
              32 - 1, 5 - 0, 16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 1, 63,
              21 + 1 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 1, 21 - 0, 4, 2, 31 + 1,
              36 - 0, 4, 6, 1 * 4 + 0, 3, 31, 8 - 0, 6, 1 * 4 + 2,
              3, 33, 38 - 0, 6, 1 * 4 + 3, 3, 30, 38 - 0, 4},
    (char[]) {5, 1}, 
    (char[]) {6, 0 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 0, 16,
              0, 0, 21 + 0 * 3 - 0, 16, 1, 63,
              21 + 0 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 0, 21 - 0,
              4, 2, 31 + 0, 36 - 0, 4, 0 + 1, 32 - 1,
              5 - 0, 16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 1,
              63, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 1,
              21 - 0, 4, 2, 31 + 1, 36 - 0, 4, 6,
              0 * 4 + 0, 3, 31, 8 - 0, 6, 0 * 4 + 2,
              3, 33, 38 - 0, 6, 0 * 4 + 3, 3, 30,
              38 - 0,
              4},
    (char[]) {4}, 
    (char[]) {4},
    (char[]) {6, 2 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 3, 16, 0, 0,
              21 + 0 * 3 - 3, 16, 1, 63, 21 + 0 * 3 - 3, 16, 2, 63 * 0,
              21 - 3, 4, 2, 31 + 0, 36 - 3, 4, 0 + 1, 32 - 1, 5 - 3,
              16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 3, 16, 1, 63, 21 + 1 * 3 - 3, 16,
              2, 63 * 1, 21 - 3, 4, 2, 31 + 1, 36 - 3, 4, 6, 2 * 4 + 0,
              3, 31, 8 - 3, 6, 2 * 4 + 2, 3, 33, 38 - 3, 6, 2 * 4 + 3,
              3, 30, 38 - 3, 4}, 
    (char[]) {6, 13, 0, 32, 9 + 0, 12 - 0,
              0, 8 + 0 + 0, 21, 12 - 0, 1,
              31, 9 + 0, 12 - 0, 1,
              55 - 0 - 0, 21, 12 - 0, 0,
              32, 9 + 3, 12 - 3, 0,
              8 + 3 + 3, 21, 12 - 3, 1,
              31, 9 + 3, 12 - 3, 1,
              55 - 3 - 3, 21, 12 - 3, 6,
              14 + 0, 2, 31 + 0, 13, 4,
              1 - 0, 31 + 0, 16, 7, 3,
              30 + 3 * 0, 14, 6,
              12 + 0 * 4, 3, 32 - 0,
              11 + 0 * 8, 6, 14 + 1, 2,
              31 + 1, 13, 4, 1 - 1,
              31 + 1, 16, 7, 3,
              30 + 3 * 1, 14, 6,
              12 + 1 * 4, 3, 32 - 1,
              11 + 1 * 8,
              4}
};

int main(int a, char *s[]) {
    display = XOpenDisplay(0);
    window = XCreateSimpleWindow(display, 
                                 RootWindow(display, DefaultScreen(display)), 
                                 0, 0, IMAGE_WIDTH, IMAGE_HEIGHT, 1, 0, 0);
    image = XCreateImage(display, 
                     DefaultVisual(display, DefaultScreen(display)), 
                     DefaultDepth(display, DefaultScreen(display)),
                     2, 0, (char *) pixdata, IMAGE_WIDTH, IMAGE_HEIGHT, 32, 0);
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        char *p = z[i];
        int c = 0;
        while (*p != 4) {
            switch (*p) {
            case 0:
                k(i, p[1], p[2], p[3], c);
                p += 4;
                break;
            case 1:
                r(i, p[1], p[2], p[3], c);
                p += 4;
                break;
            case 2:
                u(i, p[1], p[2], p[3], c);
                p += 4;
                break;
            case 3:
                e(i, p[1]
                  , p[2], 0, c);
                p += 3;
                break;
            case 5:
                p = z[p[1]];
                break;
            case 6:
                c = _x[p[1] / 4] - 1643277 * (p[1] % 4);
                p += 2;
                break;
            }
        }
    }
    while (a++) {
        _map_read(s[1]);
        _map_wire_inputs();
        _map_wire_counter(a);
        _map_process_gates();
        
        _image_reset();  
        
        for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
            for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
                _texture_draw(((mapdata[y][x] >> 4) & 1) << 2 | (mapdata[y][x] & 3), x, y);
                
        for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
            for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
                if ((x % 14 == 2) && (y % 4 == 3))
                    _texture_draw(7, x, y);
        for (int y = 0; y < IMAGE_HEIGHT; y++)
            for (int x = 0; x < IMAGE_WIDTH; x++) {
                pixdata[y][x] &= 14737632 | (31 << ((x % 3) << 3));
                pixdata[y][x] += 986895 & (rn *= 16777619);
            }
        XPutImage(display, window, 
                  DefaultGC(display, DefaultScreen(display)), 
                  image, 0, 0, 0, 0, IMAGE_WIDTH, IMAGE_HEIGHT);
        XMapWindow(display, window);
        XFlush(display);
        
        sleep(1);
    } 
    return 0;
}

Для того, чтобы закончить обработку работы с «mapdata» нужно ответить еще на два вопроса — что такое функция «b»:

void b(int t, int x, int y, int c, int l) {
    if ((x >= MAP_WIDTH || y >= MAP_HEIGHT || 
         x < 0 || y < 0) || (mapdata[y][x] == l)
        || (mapdata[y][x] != c))
        return;
    mapdata[y][x] = l;
    b(t, x - 1, y, c, l);
    b(t, x + 1, y, c, l);
    b(t, x, y - 1, c, l);
    b(t, x, y + 1, c, l);
}

И что происходит в блоке

        for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
            for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
                _texture_draw(((mapdata[y][x] >> 4) & 1) << 2 | (mapdata[y][x] & 3), x, y);

Функция «b»

Если внимательно присмотреться к функции «b», то можно заметить, что она до боли похожа на реализацию алгоритма flood_fill, что совпадает с ее теоретическим назначением — она «заливает» «провод» нужным состоянием, позволяя распространять фронт волны тока до конца провода. Переименуем ее и вынесем в блок «production ready».

Flood fill

#include <X11/Xlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

/* Код после рефакторинга */

/*! brief Ширина изображения в пикселях */
#define IMAGE_WIDTH (1220)
/*! brief Высота изображения в пикселях */
#define IMAGE_HEIGHT (616)
/*! brief Сдвиг верхней грани карты от левой стороны */
#define IMAGE_SHIFTX (580)

/*! brief Количество текстур */
#define TEXTURE_COUNT (8)
/*! brief Ширина текстуры в пикселях */
#define TEXTURE_WIDTH (64)
/*! brief Высота текстур в пикселях */
#define TEXTURE_HEIGHT (40)
/*! brief Ширина грани текстуры в пикселях */
#define TEXTURE_TOP_WIDTH (64)
/*! brief Высота грани текстуры в пикселях */
#define TEXTURE_TOP_HEIGHT (32)

/*! brief Ширина эмулируемого поля */
#define MAP_WIDTH (19)
/*! brief Высота эмулируемого поля */
#define MAP_HEIGHT (19)
/*! brief Количество данные в файле-чертеже. Один байт добавлен для символа 'n' */
#define MAP_FILEDATA ((MAP_WIDTH + 1) * MAP_HEIGHT)
/*! brief Количество итераций во время расчета NOR-узлов */
#define MAP_ITERATIONS (20)

/*! brief Содержит структуры синтаксиса файла-конфигурации */
enum map_characters {
    MAPCHAR_WIRE  = '.', /**< Провод            (ASCII = 46) */
    MAPCHAR_PLUS  = '+', /**< Провод (есть ток) (ASCII = 43) */
    MAPCHAR_MINUS = '-', /**< Провод (нет тока) (ASCII = 45) */
    MAPCHAR_NOR   = '>', /**< NOR-элемент       (ASCII = 62) */
};

/*! brief Бинарные данные пикселей изображения.
 * Типизированы к int для оперирования пикселями вместо каналов */
int pixdata[IMAGE_HEIGHT][IMAGE_WIDTH];
/*! brief Текстуры блоков, отображаемых на поле */
int textures[TEXTURE_COUNT][TEXTURE_HEIGHT][TEXTURE_WIDTH] = { 0 };
/*! brief Данные эмулируемого поля. 
 * Один байт добавлен для упрощения обработки символа 'n' */
char mapdata[MAP_HEIGHT][MAP_WIDTH + 1];

/*! brief Экземпляр дисплея Xlib */
Display * display;
/*! brief Экземпляр главного окна Xlib */
Window window;
/*! brief Изображение для вывода на экран */
XImage * image;

/* brief Обнуляет изображение, заполняя его черным цветом */
static void _image_reset(void) {
    for (int y = 0; y < IMAGE_HEIGHT; y++)
        for (int x = 0; x < IMAGE_WIDTH; x++)
            pixdata[y][x] = 0;
}

/*! brief Отрисовывает текстуру на главном холсте по указанным координатам
 * param[in] t Индекс текстуры
 * param[in] x X координата тайла
 * param[in] y Y координата тайла */
static void _texture_draw(int t, int x, int y) {
    for (int ty = 0; ty < TEXTURE_HEIGHT; ty++)
        for (int tx = 0; tx < TEXTURE_WIDTH; tx++)
            if (textures[t][ty][tx])
                pixdata[ty + 
                        y * (TEXTURE_TOP_HEIGHT / 2) + 
                        x * (TEXTURE_TOP_HEIGHT / 2)]
                       [tx + 
                        IMAGE_SHIFTX + 
                        x * (TEXTURE_TOP_WIDTH / 2) - 
                        y * TEXTURE_TOP_HEIGHT] = textures[t][ty][tx];
}

/*! brief Читает данные файла-чертежа и загружает их в карту 
 * param[in] filename Имя файла-чертежа */
static void _map_read(const char * filename) {
    int f = open(filename, 0);
    read(f, mapdata, MAP_FILEDATA);
    close(f);
}

/*! brief Заменяет иллюстративные входы из файла-конфигурации на вход
 * в виде провода чтобы работала логика распространения фронта волны */
static void _map_wire_inputs(void) {
    for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
        for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
            if ((x % 14 == 2) && (y % 4 == 3))
                mapdata[y][x] = MAPCHAR_WIRE;
}

/*! brief Производит заливку проводника нужным состоянием
 * param[in] t Игнорируется, артефакт автогенерации кода 
 * param[in] x X-координата заливки
 * param[in] y Y-координата заливки
 * param[in] c Исходное состояние
 * param[in] l Целевое состояние */
static void _map_fill(int t, int x, int y, int c, int l) {
    if ((x >= MAP_WIDTH || y >= MAP_HEIGHT || 
         x < 0 || y < 0) || (mapdata[y][x] == l)
        || (mapdata[y][x] != c))
        return;
    mapdata[y][x] = l;
    _map_fill(t, x - 1, y, c, l);
    _map_fill(t, x + 1, y, c, l);
    _map_fill(t, x, y - 1, c, l);
    _map_fill(t, x, y + 1, c, l);
}

/*! brief Включает соответствующие входы схемы в зависимости от значения
 * счетчика.
 * param[in] counter Счетчик */
static void _map_wire_counter(int counter) {
    _map_fill(0, 2, 3,  mapdata[3][2],  counter & 1 ? MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
    _map_fill(0, 2, 7,  mapdata[7][2],  counter & 2 ? MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
    _map_fill(0, 2, 11, mapdata[11][2], counter & 4 ? MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
    _map_fill(0, 2, 15, mapdata[15][2], counter & 8 ? MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
}

/*! brief Проводит расчет выходного (результирующего) тока после NOR-узла */
static void _map_process_gates(void) {       
    for (int i = 0; i < MAP_ITERATIONS; i++)
        for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
            for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
                if (mapdata[y][x] == MAPCHAR_NOR)
                    _map_fill(0, x + 1, y, mapdata[y][x + 1],
                        !(mapdata[y - 1][x] == MAPCHAR_PLUS ? 1 : 0
                       || mapdata[y + 1][x] == MAPCHAR_PLUS ? 1 : 0) ? 
                            MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
}

/* Код до рефакторинга */

int _x[] = { 15117427, 8413248, 5878632, 13027014, 1 };
int rn = 2166136261;

void *T;

void e(int t, int x, int y, int c, int l) {
    if ((x >= TEXTURE_WIDTH || y >= TEXTURE_HEIGHT || 
         x < 0 || y < 0) || 
         (textures[t][y][x] == l) || 
         (textures[t][y][x] != c))
        return;
    textures[t][y][x] = l;
    e(t, x - 1, y, c, l);
    e(t, x + 1, y, c, l);
    e(t, x, y - 1, c, l);
    e(t, x, y + 1, c, l);
}

void k(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--) {
        textures[t][y][x++] = l;
        textures[t][y++][x++] = l;
    }
}

void r(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--) {
        textures[t][y][x--] = l;
        textures[t][y++][x--] = l;
    }
}

void u(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--)
        textures[t][y++][x] = l;
}

char *z[8] = { 
    (char[]) {4}, 
    (char[]) {6, 1 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 0, 16, 0, 0,
              21 + 0 * 3 - 0, 16, 1, 63, 21 + 0 * 3 - 0, 16, 2,
              63 * 0, 21 - 0, 4, 2, 31 + 0, 36 - 0, 4, 0 + 1,
              32 - 1, 5 - 0, 16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 1, 63,
              21 + 1 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 1, 21 - 0, 4, 2, 31 + 1,
              36 - 0, 4, 6, 1 * 4 + 0, 3, 31, 8 - 0, 6, 1 * 4 + 2,
              3, 33, 38 - 0, 6, 1 * 4 + 3, 3, 30, 38 - 0, 4},
    (char[]) {5, 1}, 
    (char[]) {6, 0 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 0, 16,
              0, 0, 21 + 0 * 3 - 0, 16, 1, 63,
              21 + 0 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 0, 21 - 0,
              4, 2, 31 + 0, 36 - 0, 4, 0 + 1, 32 - 1,
              5 - 0, 16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 1,
              63, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 1,
              21 - 0, 4, 2, 31 + 1, 36 - 0, 4, 6,
              0 * 4 + 0, 3, 31, 8 - 0, 6, 0 * 4 + 2,
              3, 33, 38 - 0, 6, 0 * 4 + 3, 3, 30,
              38 - 0,
              4},
    (char[]) {4}, 
    (char[]) {4},
    (char[]) {6, 2 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 3, 16, 0, 0,
              21 + 0 * 3 - 3, 16, 1, 63, 21 + 0 * 3 - 3, 16, 2, 63 * 0,
              21 - 3, 4, 2, 31 + 0, 36 - 3, 4, 0 + 1, 32 - 1, 5 - 3,
              16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 3, 16, 1, 63, 21 + 1 * 3 - 3, 16,
              2, 63 * 1, 21 - 3, 4, 2, 31 + 1, 36 - 3, 4, 6, 2 * 4 + 0,
              3, 31, 8 - 3, 6, 2 * 4 + 2, 3, 33, 38 - 3, 6, 2 * 4 + 3,
              3, 30, 38 - 3, 4}, 
    (char[]) {6, 13, 0, 32, 9 + 0, 12 - 0,
              0, 8 + 0 + 0, 21, 12 - 0, 1,
              31, 9 + 0, 12 - 0, 1,
              55 - 0 - 0, 21, 12 - 0, 0,
              32, 9 + 3, 12 - 3, 0,
              8 + 3 + 3, 21, 12 - 3, 1,
              31, 9 + 3, 12 - 3, 1,
              55 - 3 - 3, 21, 12 - 3, 6,
              14 + 0, 2, 31 + 0, 13, 4,
              1 - 0, 31 + 0, 16, 7, 3,
              30 + 3 * 0, 14, 6,
              12 + 0 * 4, 3, 32 - 0,
              11 + 0 * 8, 6, 14 + 1, 2,
              31 + 1, 13, 4, 1 - 1,
              31 + 1, 16, 7, 3,
              30 + 3 * 1, 14, 6,
              12 + 1 * 4, 3, 32 - 1,
              11 + 1 * 8,
              4}
};

int main(int a, char *s[]) {
    display = XOpenDisplay(0);
    window = XCreateSimpleWindow(display, 
                                 RootWindow(display, DefaultScreen(display)), 
                                 0, 0, IMAGE_WIDTH, IMAGE_HEIGHT, 1, 0, 0);
    image = XCreateImage(display, 
                     DefaultVisual(display, DefaultScreen(display)), 
                     DefaultDepth(display, DefaultScreen(display)),
                     2, 0, (char *) pixdata, IMAGE_WIDTH, IMAGE_HEIGHT, 32, 0);
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        char *p = z[i];
        int c = 0;
        while (*p != 4) {
            switch (*p) {
            case 0:
                k(i, p[1], p[2], p[3], c);
                p += 4;
                break;
            case 1:
                r(i, p[1], p[2], p[3], c);
                p += 4;
                break;
            case 2:
                u(i, p[1], p[2], p[3], c);
                p += 4;
                break;
            case 3:
                e(i, p[1]
                  , p[2], 0, c);
                p += 3;
                break;
            case 5:
                p = z[p[1]];
                break;
            case 6:
                c = _x[p[1] / 4] - 1643277 * (p[1] % 4);
                p += 2;
                break;
            }
        }
    }
    while (a++) {
        _map_read(s[1]);
        _map_wire_inputs();
        _map_wire_counter(a);
        _map_process_gates();
        
        _image_reset();  
        
        for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
            for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
                _texture_draw(((mapdata[y][x] >> 4) & 1) << 2 | (mapdata[y][x] & 3), x, y);
                
        for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
            for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
                if ((x % 14 == 2) && (y % 4 == 3))
                    _texture_draw(7, x, y);
        for (int y = 0; y < IMAGE_HEIGHT; y++)
            for (int x = 0; x < IMAGE_WIDTH; x++) {
                pixdata[y][x] &= 14737632 | (31 << ((x % 3) << 3));
                pixdata[y][x] += 986895 & (rn *= 16777619);
            }
        XPutImage(display, window, 
                  DefaultGC(display, DefaultScreen(display)), 
                  image, 0, 0, 0, 0, IMAGE_WIDTH, IMAGE_HEIGHT);
        XMapWindow(display, window);
        XFlush(display);
        
        sleep(1);
    } 
    return 0;
}

Странный блок

Теперь осталось разобрать, что происходит в строке

_texture_draw(((mapdata[y][x] >> 4) & 1) << 2 | (mapdata[y][x] & 3), x, y);

Так как мы уже построили полную таблицу состояний, которые могут находиться внутри mapdata то мы можем получить все выходные значения первого параметра:

enum int Результат
MAPCHAR_WIRE 46 2
MAPCHAR_PLUS 43 3
MAPCHAR_MINUS 45 1
MAPCHAR_NOR 62 6
MAPCHAR_EMPTY 32 0

Ага, то есть по итогам этого преобразования мы получаем индекс текстуры в массиве текстур.

Для того, чтобы продумать механизм генерации из читаемого и ассоциативно понятного набора символов в индексы текстур понадобилась пара часов. Я выписал символы, которые могли означать провода и NOR-элементы а потом расписав их двоичные значения обводил кружочками уникальные области. Кроме текущего был второй вариант с более сложными вычислениями, но он длиннее, следовательно не подошел по лимиту токенов.

Замечательно, это дает нам возможность вычленить еще одну функцию и объявить enum для каждой текстуры:

После очередного рефакторинга:

#include <X11/Xlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

/* Код после рефакторинга */

/*! brief Ширина изображения в пикселях */
#define IMAGE_WIDTH (1220)
/*! brief Высота изображения в пикселях */
#define IMAGE_HEIGHT (616)
/*! brief Сдвиг верхней грани карты от левой стороны */
#define IMAGE_SHIFTX (580)

/*! brief Количество текстур */
#define TEXTURE_COUNT (8)
/*! brief Ширина текстуры в пикселях */
#define TEXTURE_WIDTH (64)
/*! brief Высота текстур в пикселях */
#define TEXTURE_HEIGHT (40)
/*! brief Ширина грани текстуры в пикселях */
#define TEXTURE_TOP_WIDTH (64)
/*! brief Высота грани текстуры в пикселях */
#define TEXTURE_TOP_HEIGHT (32)

/*! brief Ширина эмулируемого поля */
#define MAP_WIDTH (19)
/*! brief Высота эмулируемого поля */
#define MAP_HEIGHT (19)
/*! brief Количество данные в файле-чертеже. Один байт добавлен для символа 'n' */
#define MAP_FILEDATA ((MAP_WIDTH + 1) * MAP_HEIGHT)
/*! brief Количество итераций во время расчета NOR-узлов */
#define MAP_ITERATIONS (20)

/*! brief Содержит структуры синтаксиса файла-конфигурации */
enum map_characters {
    MAPCHAR_WIRE  = '.', /**< Провод            (ASCII = 46) */
    MAPCHAR_PLUS  = '+', /**< Провод (есть ток) (ASCII = 43) */
    MAPCHAR_MINUS = '-', /**< Провод (нет тока) (ASCII = 45) */
    MAPCHAR_NOR   = '>', /**< NOR-элемент       (ASCII = 62) */
    MAPCHAR_EMPTY = ' ', /**< Пустой блок       (ASCII = 32) */
};

/*! brief Содержит индексы текстур */
enum textures_indexes {
    TEXINDEX_EMPTY = (0), /**< Индекс пустой текстуры                 */
    TEXINDEX_MINUS = (1), /**< Индекс текстуры "выключенного провода" */
    TEXINDEX_WIRE  = (2), /**< Индекс текстуры нейтрального провода   */
    TEXINDEX_PLUS  = (3), /**< Индекс текстуры "включенного" провода  */
    /**/
    TEXINDEX_NOR   = (6)  /**< Индекс текстуры NOR-элемента           */
};

/*! brief Аргументы программы */
enum program_arguments { 
    ARG_PROGRAM,  /**< Имя самой программы */
    ARG_BLUEPRINT /**< Имя файла-чертежа   */
};

/*! brief Бинарные данные пикселей изображения.
 * Типизированы к int для оперирования пикселями вместо каналов */
int pixdata[IMAGE_HEIGHT][IMAGE_WIDTH];
/*! brief Текстуры блоков, отображаемых на поле */
int textures[TEXTURE_COUNT][TEXTURE_HEIGHT][TEXTURE_WIDTH] = { 0 };
/*! brief Данные эмулируемого поля. 
 * Один байт добавлен для упрощения обработки символа 'n' */
char mapdata[MAP_HEIGHT][MAP_WIDTH + 1];

/*! brief Экземпляр дисплея Xlib */
Display * display;
/*! brief Экземпляр главного окна Xlib */
Window window;
/*! brief Изображение для вывода на экран */
XImage * image;

/* brief Обнуляет изображение, заполняя его черным цветом */
static void _image_reset(void) {
    for (int y = 0; y < IMAGE_HEIGHT; y++)
        for (int x = 0; x < IMAGE_WIDTH; x++)
            pixdata[y][x] = 0;
}

/*! brief Конвертирует символ из чертежа в индекс текстуры
 * param[in] elem Символ чертежа
 * return Индекс текстуры */
static int _map2texture(char elem) {
    return ((elem >> 4) & 1) << 2 | (elem & 3);
}

/*! brief Собирает изображение из отдельных тайлов согласно карте */
static void _image_compile(void) {
    for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
        for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
            _texture_draw(_map2texture(mapdata[y][x]), x, y);
}

/*! brief Рисует изображение на экране */
static void _image_draw(void) {
    XPutImage(display, window, 
              DefaultGC(display, DefaultScreen(display)), 
              image, 0, 0, 0, 0, IMAGE_WIDTH, IMAGE_HEIGHT);
    XMapWindow(display, window);
    XFlush(display);
}

/*! brief Отрисовывает текстуру на главном холсте по указанным координатам
 * param[in] t Индекс текстуры
 * param[in] x X координата тайла
 * param[in] y Y координата тайла */
static void _texture_draw(int t, int x, int y) {
    for (int ty = 0; ty < TEXTURE_HEIGHT; ty++)
        for (int tx = 0; tx < TEXTURE_WIDTH; tx++)
            if (textures[t][ty][tx])
                pixdata[ty + 
                        y * (TEXTURE_TOP_HEIGHT / 2) + 
                        x * (TEXTURE_TOP_HEIGHT / 2)]
                       [tx + 
                        IMAGE_SHIFTX + 
                        x * (TEXTURE_TOP_WIDTH / 2) - 
                        y * TEXTURE_TOP_HEIGHT] = textures[t][ty][tx];
}

/*! brief Читает данные файла-чертежа и загружает их в карту 
 * param[in] filename Имя файла-чертежа */
static void _map_read(const char * filename) {
    int f = open(filename, 0);
    read(f, mapdata, MAP_FILEDATA);
    close(f);
}

/*! brief Заменяет иллюстративные входы из файла-конфигурации на вход
 * в виде провода чтобы работала логика распространения фронта волны */
static void _map_wire_inputs(void) {
    for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
        for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
            if ((x % 14 == 2) && (y % 4 == 3))
                mapdata[y][x] = MAPCHAR_WIRE;
}

/*! brief Производит заливку проводника нужным состоянием
 * param[in] t Игнорируется, артефакт автогенерации кода 
 * param[in] x X-координата заливки
 * param[in] y Y-координата заливки
 * param[in] c Исходное состояние
 * param[in] l Целевое состояние */
static void _map_fill(int t, int x, int y, int c, int l) {
    if ((x >= MAP_WIDTH || y >= MAP_HEIGHT || 
         x < 0 || y < 0) || (mapdata[y][x] == l)
        || (mapdata[y][x] != c))
        return;
    mapdata[y][x] = l;
    _map_fill(t, x - 1, y, c, l);
    _map_fill(t, x + 1, y, c, l);
    _map_fill(t, x, y - 1, c, l);
    _map_fill(t, x, y + 1, c, l);
}

/*! brief Включает соответствующие входы схемы в зависимости от значения
 * счетчика.
 * param[in] counter Счетчик */
static void _map_wire_counter(int counter) {
    _map_fill(0, 2, 3,  mapdata[3][2],  counter & 1 ? MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
    _map_fill(0, 2, 7,  mapdata[7][2],  counter & 2 ? MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
    _map_fill(0, 2, 11, mapdata[11][2], counter & 4 ? MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
    _map_fill(0, 2, 15, mapdata[15][2], counter & 8 ? MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
}

/*! brief Проводит расчет выходного (результирующего) тока после NOR-узла */
static void _map_process_gates(void) {       
    for (int i = 0; i < MAP_ITERATIONS; i++)
        for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
            for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
                if (mapdata[y][x] == MAPCHAR_NOR)
                    _map_fill(0, x + 1, y, mapdata[y][x + 1],
                        !(mapdata[y - 1][x] == MAPCHAR_PLUS ? 1 : 0
                       || mapdata[y + 1][x] == MAPCHAR_PLUS ? 1 : 0) ? 
                            MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
}

/* Код до рефакторинга */

int _x[] = { 15117427, 8413248, 5878632, 13027014, 1 };
int rn = 2166136261;

void *T;

void e(int t, int x, int y, int c, int l) {
    if ((x >= TEXTURE_WIDTH || y >= TEXTURE_HEIGHT || 
         x < 0 || y < 0) || 
         (textures[t][y][x] == l) || 
         (textures[t][y][x] != c))
        return;
    textures[t][y][x] = l;
    e(t, x - 1, y, c, l);
    e(t, x + 1, y, c, l);
    e(t, x, y - 1, c, l);
    e(t, x, y + 1, c, l);
}

void k(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--) {
        textures[t][y][x++] = l;
        textures[t][y++][x++] = l;
    }
}

void r(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--) {
        textures[t][y][x--] = l;
        textures[t][y++][x--] = l;
    }
}

void u(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--)
        textures[t][y++][x] = l;
}

char *z[8] = { 
    (char[]) {4}, 
    (char[]) {6, 1 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 0, 16, 0, 0,
              21 + 0 * 3 - 0, 16, 1, 63, 21 + 0 * 3 - 0, 16, 2,
              63 * 0, 21 - 0, 4, 2, 31 + 0, 36 - 0, 4, 0 + 1,
              32 - 1, 5 - 0, 16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 1, 63,
              21 + 1 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 1, 21 - 0, 4, 2, 31 + 1,
              36 - 0, 4, 6, 1 * 4 + 0, 3, 31, 8 - 0, 6, 1 * 4 + 2,
              3, 33, 38 - 0, 6, 1 * 4 + 3, 3, 30, 38 - 0, 4},
    (char[]) {5, 1}, 
    (char[]) {6, 0 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 0, 16,
              0, 0, 21 + 0 * 3 - 0, 16, 1, 63,
              21 + 0 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 0, 21 - 0,
              4, 2, 31 + 0, 36 - 0, 4, 0 + 1, 32 - 1,
              5 - 0, 16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 1,
              63, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 1,
              21 - 0, 4, 2, 31 + 1, 36 - 0, 4, 6,
              0 * 4 + 0, 3, 31, 8 - 0, 6, 0 * 4 + 2,
              3, 33, 38 - 0, 6, 0 * 4 + 3, 3, 30,
              38 - 0,
              4},
    (char[]) {4}, 
    (char[]) {4},
    (char[]) {6, 2 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 3, 16, 0, 0,
              21 + 0 * 3 - 3, 16, 1, 63, 21 + 0 * 3 - 3, 16, 2, 63 * 0,
              21 - 3, 4, 2, 31 + 0, 36 - 3, 4, 0 + 1, 32 - 1, 5 - 3,
              16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 3, 16, 1, 63, 21 + 1 * 3 - 3, 16,
              2, 63 * 1, 21 - 3, 4, 2, 31 + 1, 36 - 3, 4, 6, 2 * 4 + 0,
              3, 31, 8 - 3, 6, 2 * 4 + 2, 3, 33, 38 - 3, 6, 2 * 4 + 3,
              3, 30, 38 - 3, 4}, 
    (char[]) {6, 13, 0, 32, 9 + 0, 12 - 0,
              0, 8 + 0 + 0, 21, 12 - 0, 1,
              31, 9 + 0, 12 - 0, 1,
              55 - 0 - 0, 21, 12 - 0, 0,
              32, 9 + 3, 12 - 3, 0,
              8 + 3 + 3, 21, 12 - 3, 1,
              31, 9 + 3, 12 - 3, 1,
              55 - 3 - 3, 21, 12 - 3, 6,
              14 + 0, 2, 31 + 0, 13, 4,
              1 - 0, 31 + 0, 16, 7, 3,
              30 + 3 * 0, 14, 6,
              12 + 0 * 4, 3, 32 - 0,
              11 + 0 * 8, 6, 14 + 1, 2,
              31 + 1, 13, 4, 1 - 1,
              31 + 1, 16, 7, 3,
              30 + 3 * 1, 14, 6,
              12 + 1 * 4, 3, 32 - 1,
              11 + 1 * 8,
              4}
};

int main(int argc, char * args[]) {
    display = XOpenDisplay(0);
    window = XCreateSimpleWindow(display, 
                                 RootWindow(display, DefaultScreen(display)), 
                                 0, 0, IMAGE_WIDTH, IMAGE_HEIGHT, 1, 0, 0);
    image = XCreateImage(display, 
                     DefaultVisual(display, DefaultScreen(display)), 
                     DefaultDepth(display, DefaultScreen(display)),
                     2, 0, (char *) pixdata, IMAGE_WIDTH, IMAGE_HEIGHT, 32, 0);
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        char *p = z[i];
        int c = 0;
        while (*p != 4) {
            switch (*p) {
            case 0:
                k(i, p[1], p[2], p[3], c);
                p += 4;
                break;
            case 1:
                r(i, p[1], p[2], p[3], c);
                p += 4;
                break;
            case 2:
                u(i, p[1], p[2], p[3], c);
                p += 4;
                break;
            case 3:
                e(i, p[1]
                  , p[2], 0, c);
                p += 3;
                break;
            case 5:
                p = z[p[1]];
                break;
            case 6:
                c = _x[p[1] / 4] - 1643277 * (p[1] % 4);
                p += 2;
                break;
            }
        }
    }
    unsigned int counter = 0;
    while (counter++) {
        _map_read(args[ARG_BLUEPRINT]);
        _map_wire_inputs();
        _map_wire_counter(counter);
        _map_process_gates();
        
        _image_reset();          
        _image_compile();
        
        
                
        for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
            for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
                if ((x % 14 == 2) && (y % 4 == 3))
                    _texture_draw(7, x, y);
        for (int y = 0; y < IMAGE_HEIGHT; y++)
            for (int x = 0; x < IMAGE_WIDTH; x++) {
                pixdata[y][x] &= 14737632 | (31 << ((x % 3) << 3));
                pixdata[y][x] += 986895 & (rn *= 16777619);
            }
        
        _image_draw();
        
        sleep(1);
    } 
    return 0;
}

Текстура #7

Если присмотреться к массиву «z», то можно заметить, что он содержит 8 блоков данных, как константа количества текстур. И в нем даже есть два пробела на позициях 4 и 5, прямо как в нашем enum, скорее всего это данные текстур. Однако он содержит 8 изображений, а мы смогли «открыть» только 7. Однако, если мы будем достаточно внимательными, то мы сможем заметить, что есть участок кода, который рисует конкретно 7ю текстуру:

        for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
            for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
                if ((x % 14 == 2) && (y % 4 == 3))
                    _texture_draw(7, x, y);

По позиции уже можно догадаться, что это, но закомментируем эти строки и запустим приложение:
До:
Как я участвовал в IOCCC-'19 (и проиграл). Часть 2: «Симулятор NOR» - 7
После:
Как я участвовал в IOCCC-'19 (и проиграл). Часть 2: «Симулятор NOR» - 8
Теперь мы точно знаем, что это текстура отверстия на плате и можем добавить ее в список enum, вынеся её отрисовку в отдельную функцию:

Все текстуры в сборе:

#include <X11/Xlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

/* Код после рефакторинга */

/*! brief Ширина изображения в пикселях */
#define IMAGE_WIDTH (1220)
/*! brief Высота изображения в пикселях */
#define IMAGE_HEIGHT (616)
/*! brief Сдвиг верхней грани карты от левой стороны */
#define IMAGE_SHIFTX (580)

/*! brief Количество текстур */
#define TEXTURE_COUNT (8)
/*! brief Ширина текстуры в пикселях */
#define TEXTURE_WIDTH (64)
/*! brief Высота текстур в пикселях */
#define TEXTURE_HEIGHT (40)
/*! brief Ширина грани текстуры в пикселях */
#define TEXTURE_TOP_WIDTH (64)
/*! brief Высота грани текстуры в пикселях */
#define TEXTURE_TOP_HEIGHT (32)

/*! brief Ширина эмулируемого поля */
#define MAP_WIDTH (19)
/*! brief Высота эмулируемого поля */
#define MAP_HEIGHT (19)
/*! brief Количество данные в файле-чертеже. Один байт добавлен для символа 'n' */
#define MAP_FILEDATA ((MAP_WIDTH + 1) * MAP_HEIGHT)
/*! brief Количество итераций во время расчета NOR-узлов */
#define MAP_ITERATIONS (20)

/*! brief Содержит структуры синтаксиса файла-конфигурации */
enum map_characters {
    MAPCHAR_WIRE  = '.', /**< Провод            (ASCII = 46) */
    MAPCHAR_PLUS  = '+', /**< Провод (есть ток) (ASCII = 43) */
    MAPCHAR_MINUS = '-', /**< Провод (нет тока) (ASCII = 45) */
    MAPCHAR_NOR   = '>', /**< NOR-элемент       (ASCII = 62) */
    MAPCHAR_EMPTY = ' ', /**< Пустой блок       (ASCII = 32) */
};

/*! brief Содержит индексы текстур */
enum textures_indexes {
    TEXINDEX_EMPTY = (0), /**< Индекс пустой текстуры                 */
    TEXINDEX_MINUS = (1), /**< Индекс текстуры "выключенного провода" */
    TEXINDEX_WIRE  = (2), /**< Индекс текстуры нейтрального провода   */
    TEXINDEX_PLUS  = (3), /**< Индекс текстуры "включенного" провода  */
    /**/
    TEXINDEX_NOR   = (6), /**< Индекс текстуры NOR-элемента           */
    TEXINDEX_HOLE  = (7)  /**< Индекс текстуры отверстия на плате     */
};

/*! brief Аргументы программы */
enum program_arguments { 
    ARG_PROGRAM,  /**< Имя самой программы */
    ARG_BLUEPRINT /**< Имя файла-чертежа   */
};

/*! brief Бинарные данные пикселей изображения.
 * Типизированы к int для оперирования пикселями вместо каналов */
int pixdata[IMAGE_HEIGHT][IMAGE_WIDTH];
/*! brief Текстуры блоков, отображаемых на поле */
int textures[TEXTURE_COUNT][TEXTURE_HEIGHT][TEXTURE_WIDTH] = { 0 };
/*! brief Данные эмулируемого поля. 
 * Один байт добавлен для упрощения обработки символа 'n' */
char mapdata[MAP_HEIGHT][MAP_WIDTH + 1];

/*! brief Экземпляр дисплея Xlib */
Display * display;
/*! brief Экземпляр главного окна Xlib */
Window window;
/*! brief Изображение для вывода на экран */
XImage * image;

static void _texture_draw(int t, int x, int y);

/*! brief Создает изображение и сопутствующие сущности */
static void _image_create(void) {
    display = XOpenDisplay(0);
    window = XCreateSimpleWindow(display, 
                                 RootWindow(display, DefaultScreen(display)), 
                                 0, 0, IMAGE_WIDTH, IMAGE_HEIGHT, 1, 0, 0);
    image = XCreateImage(display, 
                     DefaultVisual(display, DefaultScreen(display)), 
                     DefaultDepth(display, DefaultScreen(display)),
                     2, 0, (char *) pixdata, IMAGE_WIDTH, IMAGE_HEIGHT, 32, 0);
}

/* brief Обнуляет изображение, заполняя его черным цветом */
static void _image_reset(void) {
    for (int y = 0; y < IMAGE_HEIGHT; y++)
        for (int x = 0; x < IMAGE_WIDTH; x++)
            pixdata[y][x] = 0;
}

/*! brief Конвертирует символ из чертежа в индекс текстуры
 * param[in] elem Символ чертежа
 * return Индекс текстуры */
static int _map2texture(char elem) {
    return ((elem >> 4) & 1) << 2 | (elem & 3);
}

/*! brief Собирает изображение из отдельных тайлов согласно карте */
static void _image_compile(void) {
    for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
        for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
            _texture_draw(_map2texture(mapdata[y][x]), x, y);
}

/*! brief Рисует изображение на экране */
static void _image_draw(void) {
    XPutImage(display, window, 
              DefaultGC(display, DefaultScreen(display)), 
              image, 0, 0, 0, 0, IMAGE_WIDTH, IMAGE_HEIGHT);
    XMapWindow(display, window);
    XFlush(display);
}

/*! brief Рисует отверстия на печатной плате */
static void _image_drill(void) {
    for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
            for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
                if ((x % 14 == 2) && (y % 4 == 3))
                    _texture_draw(TEXINDEX_HOLE, x, y);
}

/*! brief Отрисовывает текстуру на главном холсте по указанным координатам
 * param[in] t Индекс текстуры
 * param[in] x X координата тайла
 * param[in] y Y координата тайла */
static void _texture_draw(int t, int x, int y) {
    for (int ty = 0; ty < TEXTURE_HEIGHT; ty++)
        for (int tx = 0; tx < TEXTURE_WIDTH; tx++)
            if (textures[t][ty][tx])
                pixdata[ty + 
                        y * (TEXTURE_TOP_HEIGHT / 2) + 
                        x * (TEXTURE_TOP_HEIGHT / 2)]
                       [tx + 
                        IMAGE_SHIFTX + 
                        x * (TEXTURE_TOP_WIDTH / 2) - 
                        y * TEXTURE_TOP_HEIGHT] = textures[t][ty][tx];
}

/*! brief Читает данные файла-чертежа и загружает их в карту 
 * param[in] filename Имя файла-чертежа */
static void _map_read(const char * filename) {
    int f = open(filename, 0);
    read(f, mapdata, MAP_FILEDATA);
    close(f);
}

/*! brief Заменяет иллюстративные входы из файла-конфигурации на вход
 * в виде провода чтобы работала логика распространения фронта волны */
static void _map_wire_inputs(void) {
    for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
        for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
            if ((x % 14 == 2) && (y % 4 == 3))
                mapdata[y][x] = MAPCHAR_WIRE;
}

/*! brief Производит заливку проводника нужным состоянием
 * param[in] t Игнорируется, артефакт автогенерации кода 
 * param[in] x X-координата заливки
 * param[in] y Y-координата заливки
 * param[in] c Исходное состояние
 * param[in] l Целевое состояние */
static void _map_fill(int t, int x, int y, int c, int l) {
    if ((x >= MAP_WIDTH || y >= MAP_HEIGHT || 
         x < 0 || y < 0) || (mapdata[y][x] == l)
        || (mapdata[y][x] != c))
        return;
    mapdata[y][x] = l;
    _map_fill(t, x - 1, y, c, l);
    _map_fill(t, x + 1, y, c, l);
    _map_fill(t, x, y - 1, c, l);
    _map_fill(t, x, y + 1, c, l);
}

/*! brief Включает соответствующие входы схемы в зависимости от значения
 * счетчика.
 * param[in] counter Счетчик */
static void _map_wire_counter(int counter) {
    _map_fill(0, 2, 3,  mapdata[3][2],  counter & 1 ? MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
    _map_fill(0, 2, 7,  mapdata[7][2],  counter & 2 ? MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
    _map_fill(0, 2, 11, mapdata[11][2], counter & 4 ? MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
    _map_fill(0, 2, 15, mapdata[15][2], counter & 8 ? MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
}

/*! brief Проводит расчет выходного (результирующего) тока после NOR-узла */
static void _map_process_gates(void) {       
    for (int i = 0; i < MAP_ITERATIONS; i++)
        for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
            for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
                if (mapdata[y][x] == MAPCHAR_NOR)
                    _map_fill(0, x + 1, y, mapdata[y][x + 1],
                        !(mapdata[y - 1][x] == MAPCHAR_PLUS ? 1 : 0
                       || mapdata[y + 1][x] == MAPCHAR_PLUS ? 1 : 0) ? 
                            MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
}

/* Код до рефакторинга */

int _x[] = { 15117427, 8413248, 5878632, 13027014, 1 };
int rn = 2166136261;

void *T;

void e(int t, int x, int y, int c, int l) {
    if ((x >= TEXTURE_WIDTH || y >= TEXTURE_HEIGHT || 
         x < 0 || y < 0) || 
         (textures[t][y][x] == l) || 
         (textures[t][y][x] != c))
        return;
    textures[t][y][x] = l;
    e(t, x - 1, y, c, l);
    e(t, x + 1, y, c, l);
    e(t, x, y - 1, c, l);
    e(t, x, y + 1, c, l);
}

void k(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--) {
        textures[t][y][x++] = l;
        textures[t][y++][x++] = l;
    }
}

void r(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--) {
        textures[t][y][x--] = l;
        textures[t][y++][x--] = l;
    }
}

void u(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--)
        textures[t][y++][x] = l;
}

char *z[8] = { 
    (char[]) {4}, 
    (char[]) {6, 1 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 0, 16, 0, 0,
              21 + 0 * 3 - 0, 16, 1, 63, 21 + 0 * 3 - 0, 16, 2,
              63 * 0, 21 - 0, 4, 2, 31 + 0, 36 - 0, 4, 0 + 1,
              32 - 1, 5 - 0, 16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 1, 63,
              21 + 1 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 1, 21 - 0, 4, 2, 31 + 1,
              36 - 0, 4, 6, 1 * 4 + 0, 3, 31, 8 - 0, 6, 1 * 4 + 2,
              3, 33, 38 - 0, 6, 1 * 4 + 3, 3, 30, 38 - 0, 4},
    (char[]) {5, 1}, 
    (char[]) {6, 0 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 0, 16,
              0, 0, 21 + 0 * 3 - 0, 16, 1, 63,
              21 + 0 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 0, 21 - 0,
              4, 2, 31 + 0, 36 - 0, 4, 0 + 1, 32 - 1,
              5 - 0, 16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 1,
              63, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 1,
              21 - 0, 4, 2, 31 + 1, 36 - 0, 4, 6,
              0 * 4 + 0, 3, 31, 8 - 0, 6, 0 * 4 + 2,
              3, 33, 38 - 0, 6, 0 * 4 + 3, 3, 30,
              38 - 0,
              4},
    (char[]) {4}, 
    (char[]) {4},
    (char[]) {6, 2 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 3, 16, 0, 0,
              21 + 0 * 3 - 3, 16, 1, 63, 21 + 0 * 3 - 3, 16, 2, 63 * 0,
              21 - 3, 4, 2, 31 + 0, 36 - 3, 4, 0 + 1, 32 - 1, 5 - 3,
              16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 3, 16, 1, 63, 21 + 1 * 3 - 3, 16,
              2, 63 * 1, 21 - 3, 4, 2, 31 + 1, 36 - 3, 4, 6, 2 * 4 + 0,
              3, 31, 8 - 3, 6, 2 * 4 + 2, 3, 33, 38 - 3, 6, 2 * 4 + 3,
              3, 30, 38 - 3, 4}, 
    (char[]) {6, 13, 0, 32, 9 + 0, 12 - 0,
              0, 8 + 0 + 0, 21, 12 - 0, 1,
              31, 9 + 0, 12 - 0, 1,
              55 - 0 - 0, 21, 12 - 0, 0,
              32, 9 + 3, 12 - 3, 0,
              8 + 3 + 3, 21, 12 - 3, 1,
              31, 9 + 3, 12 - 3, 1,
              55 - 3 - 3, 21, 12 - 3, 6,
              14 + 0, 2, 31 + 0, 13, 4,
              1 - 0, 31 + 0, 16, 7, 3,
              30 + 3 * 0, 14, 6,
              12 + 0 * 4, 3, 32 - 0,
              11 + 0 * 8, 6, 14 + 1, 2,
              31 + 1, 13, 4, 1 - 1,
              31 + 1, 16, 7, 3,
              30 + 3 * 1, 14, 6,
              12 + 1 * 4, 3, 32 - 1,
              11 + 1 * 8,
              4}
};

int main(int argc, char * args[]) {
    _image_create();

    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        char *p = z[i];
        int c = 0;
        while (*p != 4) {
            switch (*p) {
            case 0:
                k(i, p[1], p[2], p[3], c);
                p += 4;
                break;
            case 1:
                r(i, p[1], p[2], p[3], c);
                p += 4;
                break;
            case 2:
                u(i, p[1], p[2], p[3], c);
                p += 4;
                break;
            case 3:
                e(i, p[1]
                  , p[2], 0, c);
                p += 3;
                break;
            case 5:
                p = z[p[1]];
                break;
            case 6:
                c = _x[p[1] / 4] - 1643277 * (p[1] % 4);
                p += 2;
                break;
            }
        }
    }
    unsigned int counter = 1;
    while (counter++) {
        _map_read(args[ARG_BLUEPRINT]);
        _map_wire_inputs();
        _map_wire_counter(counter);
        _map_process_gates();
        
        _image_reset();          
        _image_compile();
        _image_drill();
        
        for (int y = 0; y < IMAGE_HEIGHT; y++)
            for (int x = 0; x < IMAGE_WIDTH; x++) {
                pixdata[y][x] &= 14737632 | (31 << ((x % 3) << 3));
                pixdata[y][x] += 986895 & (rn *= 16777619);
            }
        
        _image_draw();
        
        sleep(1);
    } 
    return 0;
}

Шейдеры

Котики из предыдущей статьи обещали шейдеры. И они тут есть. А где код, который отвечает за их обработку?


        _image_reset();           // Рано
        _image_compile();       // Рано
        _image_drill();            // Рано
        
        for (int y = 0; y < IMAGE_HEIGHT; y++)
            for (int x = 0; x < IMAGE_WIDTH; x++) {
                pixdata[y][x] &= 14737632 | (31 << ((x % 3) << 3));
                pixdata[y][x] += 986895 & (rn *= 16777619);
            }
        
        _image_draw();  // Поздно

Методом исключения понимаем, что зашумленность экрана и эффект LCD-монитора дают эти две строчки. А как они работают?
Начнем с последней:

pixdata[y][x] += 986895 & (rn *= 16777619);

К каждому пикселю прибавляется значение 986895 (что в hex-варианты выглядит как 0x0f0f0f), которое перед этим было посредством операции битовое-И совмещено с результатом умножения rn на 16777619. Если бы rn было ренератором случайных чисел, то это создало бы зернистый «шум» на экране в пределах 16 градаций по каждому каналу. И раз шум появляется, значит rn и есть генератор случайных чисел. Но как это достигается?

int rn = 2166136261;

В самом начале программы переменная rn инициализируется числом 2166136261. А на каждой итерации пикселя умножается на 16777619. Это ничто иное, как генератор псевдослучайных чисел. Вот только вместо линейного хорошо изученного генератора используется алгоритм хэширования FNV без шага с XOR, поскольку нам не нужен конечный результат.

Остается понять, как работает предыдущая строка:

pixdata[y][x] &= 14737632 | (31 << ((x % 3) << 3));

Переведем число 14737632 в шестнадцатиричный формат, так как мы работаем с однобайтными каналами света: 0xe0e0e0. А теперь приняв x равным от 0 до 3 проведем соответствующие вычисления:


0xe0e0e0 | (31 << ((0 % 3) << 3)) = e0e0ff                                                                                                                                                                  
0xe0e0e0 | (31 << ((1 % 3) << 3)) = e0ffe0                                                                                                                                                                        
0xe0e0e0 | (31 << ((2 % 3) << 3)) = ffe0e0 

Если теперь эти маски применить при помощи операции "&" к цвету пикселя, то мы получим, соответственно, приглушенные R и G, R и B, G и B каналы, что будет выглядеть как эффект от LCD-монитора:
Как я участвовал в IOCCC-'19 (и проиграл). Часть 2: «Симулятор NOR» - 9

Выделим их в отдельные функции:

#include <X11/Xlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

/* Код после рефакторинга */

/*! brief Ширина изображения в пикселях */
#define IMAGE_WIDTH (1220)
/*! brief Высота изображения в пикселях */
#define IMAGE_HEIGHT (616)
/*! brief Сдвиг верхней грани карты от левой стороны */
#define IMAGE_SHIFTX (580)

/*! brief Количество текстур */
#define TEXTURE_COUNT (8)
/*! brief Ширина текстуры в пикселях */
#define TEXTURE_WIDTH (64)
/*! brief Высота текстур в пикселях */
#define TEXTURE_HEIGHT (40)
/*! brief Ширина грани текстуры в пикселях */
#define TEXTURE_TOP_WIDTH (64)
/*! brief Высота грани текстуры в пикселях */
#define TEXTURE_TOP_HEIGHT (32)

/*! brief Ширина эмулируемого поля */
#define MAP_WIDTH (19)
/*! brief Высота эмулируемого поля */
#define MAP_HEIGHT (19)
/*! brief Количество данные в файле-чертеже. Один байт добавлен для символа 'n' */
#define MAP_FILEDATA ((MAP_WIDTH + 1) * MAP_HEIGHT)
/*! brief Количество итераций во время расчета NOR-узлов */
#define MAP_ITERATIONS (20)

/*! brief Содержит структуры синтаксиса файла-конфигурации */
enum map_characters {
    MAPCHAR_WIRE  = '.', /**< Провод            (ASCII = 46) */
    MAPCHAR_PLUS  = '+', /**< Провод (есть ток) (ASCII = 43) */
    MAPCHAR_MINUS = '-', /**< Провод (нет тока) (ASCII = 45) */
    MAPCHAR_NOR   = '>', /**< NOR-элемент       (ASCII = 62) */
    MAPCHAR_EMPTY = ' ', /**< Пустой блок       (ASCII = 32) */
};

/*! brief Содержит индексы текстур */
enum textures_indexes {
    TEXINDEX_EMPTY = (0), /**< Индекс пустой текстуры                 */
    TEXINDEX_MINUS = (1), /**< Индекс текстуры "выключенного провода" */
    TEXINDEX_WIRE  = (2), /**< Индекс текстуры нейтрального провода   */
    TEXINDEX_PLUS  = (3), /**< Индекс текстуры "включенного" провода  */
    /**/
    TEXINDEX_NOR   = (6), /**< Индекс текстуры NOR-элемента           */
    TEXINDEX_HOLE  = (7)  /**< Индекс текстуры отверстия на плате     */
};

/*! brief Аргументы программы */
enum program_arguments { 
    ARG_PROGRAM,  /**< Имя самой программы */
    ARG_BLUEPRINT /**< Имя файла-чертежа   */
};

/*! brief Бинарные данные пикселей изображения.
 * Типизированы к int для оперирования пикселями вместо каналов */
int pixdata[IMAGE_HEIGHT][IMAGE_WIDTH];
/*! brief Текстуры блоков, отображаемых на поле */
int textures[TEXTURE_COUNT][TEXTURE_HEIGHT][TEXTURE_WIDTH] = { 0 };
/*! brief Данные эмулируемого поля. 
 * Один байт добавлен для упрощения обработки символа 'n' */
char mapdata[MAP_HEIGHT][MAP_WIDTH + 1];
/*! brief Зерно генератора случайных чисел */
int random = 2166136261;

/*! brief Экземпляр дисплея Xlib */
Display * display;
/*! brief Экземпляр главного окна Xlib */
Window window;
/*! brief Изображение для вывода на экран */
XImage * image;

static void _texture_draw(int t, int x, int y);

/*! brief Создает изображение и сопутствующие сущности */
static void _image_create(void) {
    display = XOpenDisplay(0);
    window = XCreateSimpleWindow(display, 
                                 RootWindow(display, DefaultScreen(display)), 
                                 0, 0, IMAGE_WIDTH, IMAGE_HEIGHT, 1, 0, 0);
    image = XCreateImage(display, 
                     DefaultVisual(display, DefaultScreen(display)), 
                     DefaultDepth(display, DefaultScreen(display)),
                     2, 0, (char *) pixdata, IMAGE_WIDTH, IMAGE_HEIGHT, 32, 0);
}

/* brief Обнуляет изображение, заполняя его черным цветом */
static void _image_reset(void) {
    for (int y = 0; y < IMAGE_HEIGHT; y++)
        for (int x = 0; x < IMAGE_WIDTH; x++)
            pixdata[y][x] = 0;
}

/*! brief Конвертирует символ из чертежа в индекс текстуры
 * param[in] elem Символ чертежа
 * return Индекс текстуры */
static int _map2texture(char elem) {
    return ((elem >> 4) & 1) << 2 | (elem & 3);
}

/*! brief Собирает изображение из отдельных тайлов согласно карте */
static void _image_compile(void) {
    for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
        for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
            _texture_draw(_map2texture(mapdata[y][x]), x, y);
}

/*! brief Рисует изображение на экране */
static void _image_draw(void) {
    XPutImage(display, window, 
              DefaultGC(display, DefaultScreen(display)), 
              image, 0, 0, 0, 0, IMAGE_WIDTH, IMAGE_HEIGHT);
    XMapWindow(display, window);
    XFlush(display);
}

/*! brief Рисует отверстия на печатной плате */
static void _image_drill(void) {
    for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
            for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
                if ((x % 14 == 2) && (y % 4 == 3))
                    _texture_draw(TEXINDEX_HOLE, x, y);
}

/*! brief Применяет шейдер LCD-эффекта на изображение
 * param[in] x X-координата изображения
 * param[in] y Y-координата изображения */
static void _shader_lcd(int x, int y) {
    pixdata[y][x] &= 0xe0e0e0 | (31 << ((x % 3) << 3));
}

/*! brief Применяет шейдер случайного шума на изображение
 * param[in] x X-координата изображения
 * param[in] y Y-координата изображения */
static void _shader_noise(int x, int y) {
    pixdata[y][x] += 0x0f0f0f & (random *= 16777619);
}

/*! brief Накладывает на изображение различные эффекты */
static void _image_postprocess(void) {
    for (int y = 0; y < IMAGE_HEIGHT; y++)
        for (int x = 0; x < IMAGE_WIDTH; x++) {
            _shader_lcd(x, y);
            _shader_noise(x, y);
        }
}

/*! brief Отрисовывает текстуру на главном холсте по указанным координатам
 * param[in] t Индекс текстуры
 * param[in] x X координата тайла
 * param[in] y Y координата тайла */
static void _texture_draw(int t, int x, int y) {
    for (int ty = 0; ty < TEXTURE_HEIGHT; ty++)
        for (int tx = 0; tx < TEXTURE_WIDTH; tx++)
            if (textures[t][ty][tx])
                pixdata[ty + 
                        y * (TEXTURE_TOP_HEIGHT / 2) + 
                        x * (TEXTURE_TOP_HEIGHT / 2)]
                       [tx + 
                        IMAGE_SHIFTX + 
                        x * (TEXTURE_TOP_WIDTH / 2) - 
                        y * TEXTURE_TOP_HEIGHT] = textures[t][ty][tx];
}

/*! brief Читает данные файла-чертежа и загружает их в карту 
 * param[in] filename Имя файла-чертежа */
static void _map_read(const char * filename) {
    int f = open(filename, 0);
    read(f, mapdata, MAP_FILEDATA);
    close(f);
}

/*! brief Заменяет иллюстративные входы из файла-конфигурации на вход
 * в виде провода чтобы работала логика распространения фронта волны */
static void _map_wire_inputs(void) {
    for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
        for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
            if ((x % 14 == 2) && (y % 4 == 3))
                mapdata[y][x] = MAPCHAR_WIRE;
}

/*! brief Производит заливку проводника нужным состоянием
 * param[in] t Игнорируется, артефакт автогенерации кода 
 * param[in] x X-координата заливки
 * param[in] y Y-координата заливки
 * param[in] c Исходное состояние
 * param[in] l Целевое состояние */
static void _map_fill(int t, int x, int y, int c, int l) {
    if ((x >= MAP_WIDTH || y >= MAP_HEIGHT || 
         x < 0 || y < 0) || (mapdata[y][x] == l)
        || (mapdata[y][x] != c))
        return;
    mapdata[y][x] = l;
    _map_fill(t, x - 1, y, c, l);
    _map_fill(t, x + 1, y, c, l);
    _map_fill(t, x, y - 1, c, l);
    _map_fill(t, x, y + 1, c, l);
}

/*! brief Включает соответствующие входы схемы в зависимости от значения
 * счетчика.
 * param[in] counter Счетчик */
static void _map_wire_counter(int counter) {
    _map_fill(0, 2, 3,  mapdata[3][2],  counter & 1 ? MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
    _map_fill(0, 2, 7,  mapdata[7][2],  counter & 2 ? MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
    _map_fill(0, 2, 11, mapdata[11][2], counter & 4 ? MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
    _map_fill(0, 2, 15, mapdata[15][2], counter & 8 ? MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
}

/*! brief Проводит расчет выходного (результирующего) тока после NOR-узла */
static void _map_process_gates(void) {       
    for (int i = 0; i < MAP_ITERATIONS; i++)
        for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
            for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
                if (mapdata[y][x] == MAPCHAR_NOR)
                    _map_fill(0, x + 1, y, mapdata[y][x + 1],
                        !(mapdata[y - 1][x] == MAPCHAR_PLUS ? 1 : 0
                       || mapdata[y + 1][x] == MAPCHAR_PLUS ? 1 : 0) ? 
                            MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
}

/* Код до рефакторинга */

int _x[] = { 15117427, 8413248, 5878632, 13027014, 1 };

void e(int t, int x, int y, int c, int l) {
    if ((x >= TEXTURE_WIDTH || y >= TEXTURE_HEIGHT || 
         x < 0 || y < 0) || 
         (textures[t][y][x] == l) || 
         (textures[t][y][x] != c))
        return;
    textures[t][y][x] = l;
    e(t, x - 1, y, c, l);
    e(t, x + 1, y, c, l);
    e(t, x, y - 1, c, l);
    e(t, x, y + 1, c, l);
}

void k(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--) {
        textures[t][y][x++] = l;
        textures[t][y++][x++] = l;
    }
}

void r(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--) {
        textures[t][y][x--] = l;
        textures[t][y++][x--] = l;
    }
}

void u(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--)
        textures[t][y++][x] = l;
}

char *z[8] = { 
    (char[]) {4}, 
    (char[]) {6, 1 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 0, 16, 0, 0,
              21 + 0 * 3 - 0, 16, 1, 63, 21 + 0 * 3 - 0, 16, 2,
              63 * 0, 21 - 0, 4, 2, 31 + 0, 36 - 0, 4, 0 + 1,
              32 - 1, 5 - 0, 16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 1, 63,
              21 + 1 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 1, 21 - 0, 4, 2, 31 + 1,
              36 - 0, 4, 6, 1 * 4 + 0, 3, 31, 8 - 0, 6, 1 * 4 + 2,
              3, 33, 38 - 0, 6, 1 * 4 + 3, 3, 30, 38 - 0, 4},
    (char[]) {5, 1}, 
    (char[]) {6, 0 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 0, 16,
              0, 0, 21 + 0 * 3 - 0, 16, 1, 63,
              21 + 0 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 0, 21 - 0,
              4, 2, 31 + 0, 36 - 0, 4, 0 + 1, 32 - 1,
              5 - 0, 16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 1,
              63, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 1,
              21 - 0, 4, 2, 31 + 1, 36 - 0, 4, 6,
              0 * 4 + 0, 3, 31, 8 - 0, 6, 0 * 4 + 2,
              3, 33, 38 - 0, 6, 0 * 4 + 3, 3, 30,
              38 - 0,
              4},
    (char[]) {4}, 
    (char[]) {4},
    (char[]) {6, 2 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 3, 16, 0, 0,
              21 + 0 * 3 - 3, 16, 1, 63, 21 + 0 * 3 - 3, 16, 2, 63 * 0,
              21 - 3, 4, 2, 31 + 0, 36 - 3, 4, 0 + 1, 32 - 1, 5 - 3,
              16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 3, 16, 1, 63, 21 + 1 * 3 - 3, 16,
              2, 63 * 1, 21 - 3, 4, 2, 31 + 1, 36 - 3, 4, 6, 2 * 4 + 0,
              3, 31, 8 - 3, 6, 2 * 4 + 2, 3, 33, 38 - 3, 6, 2 * 4 + 3,
              3, 30, 38 - 3, 4}, 
    (char[]) {6, 13, 0, 32, 9 + 0, 12 - 0,
              0, 8 + 0 + 0, 21, 12 - 0, 1,
              31, 9 + 0, 12 - 0, 1,
              55 - 0 - 0, 21, 12 - 0, 0,
              32, 9 + 3, 12 - 3, 0,
              8 + 3 + 3, 21, 12 - 3, 1,
              31, 9 + 3, 12 - 3, 1,
              55 - 3 - 3, 21, 12 - 3, 6,
              14 + 0, 2, 31 + 0, 13, 4,
              1 - 0, 31 + 0, 16, 7, 3,
              30 + 3 * 0, 14, 6,
              12 + 0 * 4, 3, 32 - 0,
              11 + 0 * 8, 6, 14 + 1, 2,
              31 + 1, 13, 4, 1 - 1,
              31 + 1, 16, 7, 3,
              30 + 3 * 1, 14, 6,
              12 + 1 * 4, 3, 32 - 1,
              11 + 1 * 8,
              4}
};

int main(int argc, char * args[]) {
    _image_create();

    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        char *p = z[i];
        int c = 0;
        while (*p != 4) {
            switch (*p) {
            case 0:
                k(i, p[1], p[2], p[3], c);
                p += 4;
                break;
            case 1:
                r(i, p[1], p[2], p[3], c);
                p += 4;
                break;
            case 2:
                u(i, p[1], p[2], p[3], c);
                p += 4;
                break;
            case 3:
                e(i, p[1]
                  , p[2], 0, c);
                p += 3;
                break;
            case 5:
                p = z[p[1]];
                break;
            case 6:
                c = _x[p[1] / 4] - 1643277 * (p[1] % 4);
                p += 2;
                break;
            }
        }
    }
    unsigned int counter = 1;
    while (counter++) {
        _map_read(args[ARG_BLUEPRINT]);
        _map_wire_inputs();
        _map_wire_counter(counter);
        _map_process_gates();
        
        _image_reset();          
        _image_compile();
        _image_drill();
        _image_postprocess();        
        _image_draw();
        
        sleep(1);
    } 
    return 0;
}

«e», «k», «r», «u»

Осталось еще 4 функции, которые мы не исследовали и не переименовали — это «e», «k», «r» и «u». Попытаемся осмотреть их, не прибегая к поиску мест, откуда они вызываются:

void e(int t, int x, int y, int c, int l) {
    if ((x >= TEXTURE_WIDTH || y >= TEXTURE_HEIGHT || 
         x < 0 || y < 0) || 
         (textures[t][y][x] == l) || 
         (textures[t][y][x] != c))
        return;
    textures[t][y][x] = l;
    e(t, x - 1, y, c, l);
    e(t, x + 1, y, c, l);
    e(t, x, y - 1, c, l);
    e(t, x, y + 1, c, l);
}

Очевидно, что эта функция выглядит и работает как flood_fill, только для массива textures, переименуем ее в _texture_fill.

void k(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--) {
        textures[t][y][x++] = l;
        textures[t][y++][x++] = l;
    }
}

void r(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--) {
        textures[t][y][x--] = l;
        textures[t][y++][x--] = l;
    }
}

Функции «k» и «r» на каждую заданную единицу c рисуют два пикселя значением l и перемещаются вправо или влево на два пикселя и вниз на один — значит это функции рисования изометрических линий SW и SE. Переименуем их в _texture_linesw и _texture_linese.

На данный момент уже можно догадаться, что последняя функция «u» рисует линию вертикально вниз:

void u(int t, int x, int y, int c, int l) {
    while (c--)
        textures[t][y++][x] = l;
}

Переименуем её в _texture_linedown.

Все отдельные функции прошли рефакторинг:

#include <X11/Xlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

/* Код после рефакторинга */

/*! brief Ширина изображения в пикселях */
#define IMAGE_WIDTH (1220)
/*! brief Высота изображения в пикселях */
#define IMAGE_HEIGHT (616)
/*! brief Сдвиг верхней грани карты от левой стороны */
#define IMAGE_SHIFTX (580)

/*! brief Количество текстур */
#define TEXTURE_COUNT (8)
/*! brief Ширина текстуры в пикселях */
#define TEXTURE_WIDTH (64)
/*! brief Высота текстур в пикселях */
#define TEXTURE_HEIGHT (40)
/*! brief Ширина грани текстуры в пикселях */
#define TEXTURE_TOP_WIDTH (64)
/*! brief Высота грани текстуры в пикселях */
#define TEXTURE_TOP_HEIGHT (32)

/*! brief Ширина эмулируемого поля */
#define MAP_WIDTH (19)
/*! brief Высота эмулируемого поля */
#define MAP_HEIGHT (19)
/*! brief Количество данные в файле-чертеже. Один байт добавлен для символа 'n' */
#define MAP_FILEDATA ((MAP_WIDTH + 1) * MAP_HEIGHT)
/*! brief Количество итераций во время расчета NOR-узлов */
#define MAP_ITERATIONS (20)

/*! brief Содержит структуры синтаксиса файла-конфигурации */
enum map_characters {
    MAPCHAR_WIRE  = '.', /**< Провод            (ASCII = 46) */
    MAPCHAR_PLUS  = '+', /**< Провод (есть ток) (ASCII = 43) */
    MAPCHAR_MINUS = '-', /**< Провод (нет тока) (ASCII = 45) */
    MAPCHAR_NOR   = '>', /**< NOR-элемент       (ASCII = 62) */
    MAPCHAR_EMPTY = ' ', /**< Пустой блок       (ASCII = 32) */
};

/*! brief Содержит индексы текстур */
enum textures_indexes {
    TEXINDEX_EMPTY = (0), /**< Индекс пустой текстуры                 */
    TEXINDEX_MINUS = (1), /**< Индекс текстуры "выключенного провода" */
    TEXINDEX_WIRE  = (2), /**< Индекс текстуры нейтрального провода   */
    TEXINDEX_PLUS  = (3), /**< Индекс текстуры "включенного" провода  */
    /**/
    TEXINDEX_NOR   = (6), /**< Индекс текстуры NOR-элемента           */
    TEXINDEX_HOLE  = (7)  /**< Индекс текстуры отверстия на плате     */
};

/*! brief Аргументы программы */
enum program_arguments { 
    ARG_PROGRAM,  /**< Имя самой программы */
    ARG_BLUEPRINT /**< Имя файла-чертежа   */
};

/*! brief Бинарные данные пикселей изображения.
 * Типизированы к int для оперирования пикселями вместо каналов */
int pixdata[IMAGE_HEIGHT][IMAGE_WIDTH];
/*! brief Текстуры блоков, отображаемых на поле */
int textures[TEXTURE_COUNT][TEXTURE_HEIGHT][TEXTURE_WIDTH] = { 0 };
/*! brief Данные эмулируемого поля. 
 * Один байт добавлен для упрощения обработки символа 'n' */
char mapdata[MAP_HEIGHT][MAP_WIDTH + 1];
/*! brief Зерно генератора случайных чисел */
int random = 2166136261;

/*! brief Экземпляр дисплея Xlib */
Display * display;
/*! brief Экземпляр главного окна Xlib */
Window window;
/*! brief Изображение для вывода на экран */
XImage * image;

static void _texture_draw(int t, int x, int y);

/*! brief Создает изображение и сопутствующие сущности */
static void _image_create(void) {
    display = XOpenDisplay(0);
    window = XCreateSimpleWindow(display, 
                                 RootWindow(display, DefaultScreen(display)), 
                                 0, 0, IMAGE_WIDTH, IMAGE_HEIGHT, 1, 0, 0);
    image = XCreateImage(display, 
                     DefaultVisual(display, DefaultScreen(display)), 
                     DefaultDepth(display, DefaultScreen(display)),
                     2, 0, (char *) pixdata, IMAGE_WIDTH, IMAGE_HEIGHT, 32, 0);
}

/* brief Обнуляет изображение, заполняя его черным цветом */
static void _image_reset(void) {
    for (int y = 0; y < IMAGE_HEIGHT; y++)
        for (int x = 0; x < IMAGE_WIDTH; x++)
            pixdata[y][x] = 0;
}

/*! brief Конвертирует символ из чертежа в индекс текстуры
 * param[in] elem Символ чертежа
 * return Индекс текстуры */
static int _map2texture(char elem) {
    return ((elem >> 4) & 1) << 2 | (elem & 3);
}

/*! brief Собирает изображение из отдельных тайлов согласно карте */
static void _image_compile(void) {
    for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
        for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
            _texture_draw(_map2texture(mapdata[y][x]), x, y);
}

/*! brief Рисует изображение на экране */
static void _image_draw(void) {
    XPutImage(display, window, 
              DefaultGC(display, DefaultScreen(display)), 
              image, 0, 0, 0, 0, IMAGE_WIDTH, IMAGE_HEIGHT);
    XMapWindow(display, window);
    XFlush(display);
}

/*! brief Рисует отверстия на печатной плате */
static void _image_drill(void) {
    for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
            for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
                if ((x % 14 == 2) && (y % 4 == 3))
                    _texture_draw(TEXINDEX_HOLE, x, y);
}

/*! brief Применяет шейдер LCD-эффекта на изображение
 * param[in] x X-координата изображения
 * param[in] y Y-координата изображения */
static void _shader_lcd(int x, int y) {
    pixdata[y][x] &= 0xe0e0e0 | (31 << ((x % 3) << 3));
}

/*! brief Применяет шейдер случайного шума на изображение
 * param[in] x X-координата изображения
 * param[in] y Y-координата изображения */
static void _shader_noise(int x, int y) {
    pixdata[y][x] += 0x0f0f0f & (random *= 16777619);
}

/*! brief Накладывает на изображение различные эффекты */
static void _image_postprocess(void) {
    for (int y = 0; y < IMAGE_HEIGHT; y++)
        for (int x = 0; x < IMAGE_WIDTH; x++) {
            _shader_lcd(x, y);
            _shader_noise(x, y);
        }
}

/*! brief Отрисовывает текстуру на главном холсте по указанным координатам
 * param[in] t Индекс текстуры
 * param[in] x X координата тайла
 * param[in] y Y координата тайла */
static void _texture_draw(int t, int x, int y) {
    for (int ty = 0; ty < TEXTURE_HEIGHT; ty++)
        for (int tx = 0; tx < TEXTURE_WIDTH; tx++)
            if (textures[t][ty][tx])
                pixdata[ty + 
                        y * (TEXTURE_TOP_HEIGHT / 2) + 
                        x * (TEXTURE_TOP_HEIGHT / 2)]
                       [tx + 
                        IMAGE_SHIFTX + 
                        x * (TEXTURE_TOP_WIDTH / 2) - 
                        y * TEXTURE_TOP_HEIGHT] = textures[t][ty][tx];
}

/*! brief Производит закраску области текстуры
 * param[in] t Индекс текстуры
 * param[in] x X-координата начала
 * param[in] y Y-координата начала
 * param[in] source Исходный цвет
 * param[in] target Новый цвет */
static void _texture_fill(int t, int x, int y, int source, int target) {
    if ((x >= TEXTURE_WIDTH || y >= TEXTURE_HEIGHT || 
         x < 0 || y < 0) || 
         (textures[t][y][x] == target) || 
         (textures[t][y][x] != source))
        return;
    textures[t][y][x] = target;
    _texture_fill(t, x - 1, y, source, target);
    _texture_fill(t, x + 1, y, source, target);
    _texture_fill(t, x, y - 1, source, target);
    _texture_fill(t, x, y + 1, source, target);
}

/*! brief Рисует изометрическую линию по направлению SE
 * param[in] t Индекс текстуры
 * param[in] x X-координата начала
 * param[in] y Y-координата начала
 * param[in] c Длина линии по короткой стороне
 * param[in] color Цвет рисования */
static void _texture_linese(int t, int x, int y, int c, int color) {
    while (c--) {
        textures[t][y][x++] = color;
        textures[t][y++][x++] = color;
    }
}

/*! brief Рисует изометрическую линию по направлению SW
 * param[in] t Индекс текстуры
 * param[in] x X-координата начала
 * param[in] y Y-координата начала
 * param[in] c Длина линии по короткой стороне
 * param[in] color Цвет рисования */
static void _texture_linesw(int t, int x, int y, int c, int color) {
    while (c--) {
        textures[t][y][x--] = color;
        textures[t][y++][x--] = color;
    }
}

/*! brief Рисует линию вниз
 * param[in] t Индекс текстуры
 * param[in] x X-координата начала
 * param[in] y Y-координата начала
 * param[in] c Длина линии
 * param[in] color Цвет рисования */
static void _texture_linedown(int t, int x, int y, int c, int color) {
    while (c--)
        textures[t][y++][x] = color;
}

/*! brief Читает данные файла-чертежа и загружает их в карту 
 * param[in] filename Имя файла-чертежа */
static void _map_read(const char * filename) {
    int f = open(filename, 0);
    read(f, mapdata, MAP_FILEDATA);
    close(f);
}

/*! brief Заменяет иллюстративные входы из файла-конфигурации на вход
 * в виде провода чтобы работала логика распространения фронта волны */
static void _map_wire_inputs(void) {
    for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
        for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
            if ((x % 14 == 2) && (y % 4 == 3))
                mapdata[y][x] = MAPCHAR_WIRE;
}

/*! brief Производит заливку проводника нужным состоянием
 * param[in] t Игнорируется, артефакт автогенерации кода 
 * param[in] x X-координата заливки
 * param[in] y Y-координата заливки
 * param[in] c Исходное состояние
 * param[in] l Целевое состояние */
static void _map_fill(int t, int x, int y, int c, int l) {
    if ((x >= MAP_WIDTH || y >= MAP_HEIGHT || 
         x < 0 || y < 0) || (mapdata[y][x] == l)
        || (mapdata[y][x] != c))
        return;
    mapdata[y][x] = l;
    _map_fill(t, x - 1, y, c, l);
    _map_fill(t, x + 1, y, c, l);
    _map_fill(t, x, y - 1, c, l);
    _map_fill(t, x, y + 1, c, l);
}

/*! brief Включает соответствующие входы схемы в зависимости от значения
 * счетчика.
 * param[in] counter Счетчик */
static void _map_wire_counter(int counter) {
    _map_fill(0, 2, 3,  mapdata[3][2],  counter & 1 ? MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
    _map_fill(0, 2, 7,  mapdata[7][2],  counter & 2 ? MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
    _map_fill(0, 2, 11, mapdata[11][2], counter & 4 ? MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
    _map_fill(0, 2, 15, mapdata[15][2], counter & 8 ? MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
}

/*! brief Проводит расчет выходного (результирующего) тока после NOR-узла */
static void _map_process_gates(void) {       
    for (int i = 0; i < MAP_ITERATIONS; i++)
        for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
            for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
                if (mapdata[y][x] == MAPCHAR_NOR)
                    _map_fill(0, x + 1, y, mapdata[y][x + 1],
                        !(mapdata[y - 1][x] == MAPCHAR_PLUS ? 1 : 0
                       || mapdata[y + 1][x] == MAPCHAR_PLUS ? 1 : 0) ? 
                            MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
}

/* Код до рефакторинга */

int _x[] = { 15117427, 8413248, 5878632, 13027014, 1 };

char *z[8] = { 
    (char[]) {4}, 
    (char[]) {6, 1 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 0, 16, 0, 0,
              21 + 0 * 3 - 0, 16, 1, 63, 21 + 0 * 3 - 0, 16, 2,
              63 * 0, 21 - 0, 4, 2, 31 + 0, 36 - 0, 4, 0 + 1,
              32 - 1, 5 - 0, 16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 1, 63,
              21 + 1 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 1, 21 - 0, 4, 2, 31 + 1,
              36 - 0, 4, 6, 1 * 4 + 0, 3, 31, 8 - 0, 6, 1 * 4 + 2,
              3, 33, 38 - 0, 6, 1 * 4 + 3, 3, 30, 38 - 0, 4},
    (char[]) {5, 1}, 
    (char[]) {6, 0 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 0, 16,
              0, 0, 21 + 0 * 3 - 0, 16, 1, 63,
              21 + 0 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 0, 21 - 0,
              4, 2, 31 + 0, 36 - 0, 4, 0 + 1, 32 - 1,
              5 - 0, 16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 1,
              63, 21 + 1 * 3 - 0, 16, 2, 63 * 1,
              21 - 0, 4, 2, 31 + 1, 36 - 0, 4, 6,
              0 * 4 + 0, 3, 31, 8 - 0, 6, 0 * 4 + 2,
              3, 33, 38 - 0, 6, 0 * 4 + 3, 3, 30,
              38 - 0,
              4},
    (char[]) {4}, 
    (char[]) {4},
    (char[]) {6, 2 * 4 + 1, 0 + 0, 32 - 0, 5 - 3, 16, 0, 0,
              21 + 0 * 3 - 3, 16, 1, 63, 21 + 0 * 3 - 3, 16, 2, 63 * 0,
              21 - 3, 4, 2, 31 + 0, 36 - 3, 4, 0 + 1, 32 - 1, 5 - 3,
              16, 0, 0, 21 + 1 * 3 - 3, 16, 1, 63, 21 + 1 * 3 - 3, 16,
              2, 63 * 1, 21 - 3, 4, 2, 31 + 1, 36 - 3, 4, 6, 2 * 4 + 0,
              3, 31, 8 - 3, 6, 2 * 4 + 2, 3, 33, 38 - 3, 6, 2 * 4 + 3,
              3, 30, 38 - 3, 4}, 
    (char[]) {6, 13, 0, 32, 9 + 0, 12 - 0,
              0, 8 + 0 + 0, 21, 12 - 0, 1,
              31, 9 + 0, 12 - 0, 1,
              55 - 0 - 0, 21, 12 - 0, 0,
              32, 9 + 3, 12 - 3, 0,
              8 + 3 + 3, 21, 12 - 3, 1,
              31, 9 + 3, 12 - 3, 1,
              55 - 3 - 3, 21, 12 - 3, 6,
              14 + 0, 2, 31 + 0, 13, 4,
              1 - 0, 31 + 0, 16, 7, 3,
              30 + 3 * 0, 14, 6,
              12 + 0 * 4, 3, 32 - 0,
              11 + 0 * 8, 6, 14 + 1, 2,
              31 + 1, 13, 4, 1 - 1,
              31 + 1, 16, 7, 3,
              30 + 3 * 1, 14, 6,
              12 + 1 * 4, 3, 32 - 1,
              11 + 1 * 8,
              4}
};

int main(int argc, char * args[]) {
    _image_create();

    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        char *p = z[i];
        int c = 0;
        while (*p != 4) {
            switch (*p) {
            case 0:
                _texture_linese(i, p[1], p[2], p[3], c);
                p += 4;
                break;
            case 1:
                _texture_linesw(i, p[1], p[2], p[3], c);
                p += 4;
                break;
            case 2:
                _texture_linedown(i, p[1], p[2], p[3], c);
                p += 4;
                break;
            case 3:
                _texture_fill(i, p[1], p[2], 0, c);
                p += 3;
                break;
            case 5:
                p = z[p[1]];
                break;
            case 6:
                c = _x[p[1] / 4] - 1643277 * (p[1] % 4);
                p += 2;
                break;
            }
        }
    }
    unsigned int counter = 1;
    while (counter++) {
        _map_read(args[ARG_BLUEPRINT]);
        _map_wire_inputs();
        _map_wire_counter(counter);
        _map_process_gates();
        
        _image_reset();          
        _image_compile();
        _image_drill();
        _image_postprocess();        
        _image_draw();
        
        sleep(1);
    } 
    return 0;
}

Векторная графика

Остался последний шаг — до конца разобраться, что же происходит в последнем, оставленном «на потом», switch-case:

    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        char *p = z[i];
        int c = 0;
        while (*p != 4) {
            switch (*p) {
            case 0:
                _texture_linese(i, p[1], p[2], p[3], c);
                p += 4;
                break;
            case 1:
                _texture_linesw(i, p[1], p[2], p[3], c);
                p += 4;
                break;
            case 2:
                _texture_linedown(i, p[1], p[2], p[3], c);
                p += 4;
                break;
            case 3:
                _texture_fill(i, p[1], p[2], 0, c);
                p += 3;
                break;
            case 5:
                p = z[p[1]];
                break;
            case 6:
                c = _x[p[1] / 4] - 1643277 * (p[1] % 4);
                p += 2;
                break;
            }
        }
    }

Теперь, когда функции имеют новые, понятные, имена, можно сказать, что этот блок кода интерпретирует данные из массива «z», и согласно инструкциям, содержащимся в нем (например 0, 5, 5, 8, 2 — «нарисовать линию South-East, от [5,5] длиной 8 пикселей по краткой стороне цветом номер 2») рисует весь набор текстур.
Вроде бы всё понятно, но ни одного указания на цвет в программе замечено не было.

c = _x[p[1] / 4] - 1643277 * (p[1] % 4);

Ага, значит массив _x — это палитра, но в очень странном, «сжатом», формате.

int _x[] = { 15117427, 8413248, 5878632, 13027014, 1 };

Так как мы пока не знаем, сколько всего цветов используется в палитре (при установке цвета индекс как минимум делится на 4), переформатируем таблицу данных для отрисовки и группируем числа по категориям, заменив сигнатуры инструкций на константы:

Рефакторинг таблицы векторных инструкций

#include <X11/Xlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

/* Код после рефакторинга */

/*! brief Ширина изображения в пикселях */
#define IMAGE_WIDTH (1220)
/*! brief Высота изображения в пикселях */
#define IMAGE_HEIGHT (616)
/*! brief Сдвиг верхней грани карты от левой стороны */
#define IMAGE_SHIFTX (580)

/*! brief Количество текстур */
#define TEXTURE_COUNT (8)
/*! brief Ширина текстуры в пикселях */
#define TEXTURE_WIDTH (64)
/*! brief Высота текстур в пикселях */
#define TEXTURE_HEIGHT (40)
/*! brief Ширина грани текстуры в пикселях */
#define TEXTURE_TOP_WIDTH (64)
/*! brief Высота грани текстуры в пикселях */
#define TEXTURE_TOP_HEIGHT (32)

/*! brief Ширина эмулируемого поля */
#define MAP_WIDTH (19)
/*! brief Высота эмулируемого поля */
#define MAP_HEIGHT (19)
/*! brief Количество данные в файле-чертеже. Один байт добавлен для символа 'n' */
#define MAP_FILEDATA ((MAP_WIDTH + 1) * MAP_HEIGHT)
/*! brief Количество итераций во время расчета NOR-узлов */
#define MAP_ITERATIONS (20)

/*! brief Содержит структуры синтаксиса файла-конфигурации */
enum map_characters {
    MAPCHAR_WIRE  = '.', /**< Провод            (ASCII = 46) */
    MAPCHAR_PLUS  = '+', /**< Провод (есть ток) (ASCII = 43) */
    MAPCHAR_MINUS = '-', /**< Провод (нет тока) (ASCII = 45) */
    MAPCHAR_NOR   = '>', /**< NOR-элемент       (ASCII = 62) */
    MAPCHAR_EMPTY = ' ', /**< Пустой блок       (ASCII = 32) */
};

/*! brief Содержит индексы текстур */
enum textures_indexes {
    TEXINDEX_EMPTY = (0), /**< Индекс пустой текстуры                 */
    TEXINDEX_MINUS = (1), /**< Индекс текстуры "выключенного провода" */
    TEXINDEX_WIRE  = (2), /**< Индекс текстуры нейтрального провода   */
    TEXINDEX_PLUS  = (3), /**< Индекс текстуры "включенного" провода  */
    /**/
    TEXINDEX_NOR   = (6), /**< Индекс текстуры NOR-элемента           */
    TEXINDEX_HOLE  = (7)  /**< Индекс текстуры отверстия на плате     */
};

/*! brief Список инструкций векторного интерпретатора */
enum textures_instructions {
    TEXVEC_LINESE = (0), /**< Линия SE                          */
    TEXVEC_LINESW = (1), /**< Линия SW                          */
    TEXVEC_LINEDW = (2), /**< Линия вниз                        */
    TEXVEC_FILL   = (3), /**< Заливка                           */
    TEXVEC_EXIT   = (4), /**< Конец списка инструкций           */
    TEXVEC_REPEAT = (5), /**< Повтор инструкций другой текстуры */
    TEXVEC_COLOR  = (6)  /**< Выбор цвета                       */
};

/*! brief Аргументы программы */
enum program_arguments { 
    ARG_PROGRAM,  /**< Имя самой программы */
    ARG_BLUEPRINT /**< Имя файла-чертежа   */
};

/*! brief Бинарные данные пикселей изображения.
 * Типизированы к int для оперирования пикселями вместо каналов */
int pixdata[IMAGE_HEIGHT][IMAGE_WIDTH];
/*! brief Текстуры блоков, отображаемых на поле */
int textures[TEXTURE_COUNT][TEXTURE_HEIGHT][TEXTURE_WIDTH] = { 0 };
/*! brief Данные эмулируемого поля. 
 * Один байт добавлен для упрощения обработки символа 'n' */
char mapdata[MAP_HEIGHT][MAP_WIDTH + 1];
/*! brief Зерно генератора случайных чисел */
int random = 2166136261;

/*! brief Экземпляр дисплея Xlib */
Display * display;
/*! brief Экземпляр главного окна Xlib */
Window window;
/*! brief Изображение для вывода на экран */
XImage * image;

/*! brief Векторные инструкции для рисования текстур */
static const char * vecdata[TEXTURE_COUNT] = { 
    /* TEXINDEX_EMPTY */
    (char[]) { TEXVEC_EXIT }, 
    /* TEXINDEX_MINUS */
    (char[]) { TEXVEC_COLOR,   5,            TEXVEC_LINESE, 32,  5, 16, 
               TEXVEC_LINESE,  0, 21, 16,    TEXVEC_LINESW, 63, 21, 16, 
               TEXVEC_LINEDW,  0, 21,  4,    TEXVEC_LINEDW, 31, 36,  4, 
               TEXVEC_LINESW, 31,  5, 16,    TEXVEC_LINESE,  0, 24, 16, 
               TEXVEC_LINESW, 63, 24, 16,    TEXVEC_LINEDW, 63, 21,  4, 
               TEXVEC_LINEDW, 32, 36,  4,    TEXVEC_COLOR,   4, 
               TEXVEC_FILL,   31, 8,         TEXVEC_COLOR,   6,
               TEXVEC_FILL,   33, 38,        TEXVEC_COLOR,   7, 
               TEXVEC_FILL,   30, 38,        TEXVEC_EXIT },
    /* TEXINDEX_WIRE */
    (char[]) { TEXVEC_REPEAT,  1 }, 
    /* TEXINDEX_PLUS */
    (char[]) { TEXVEC_COLOR,   1,            TEXVEC_LINESE, 32,  5, 16,
               TEXVEC_LINESE,  0, 21, 16,    TEXVEC_LINESW, 63, 21, 16, 
               TEXVEC_LINEDW, 63, 21,  4,    TEXVEC_LINEDW, 31, 36,  4, 
               TEXVEC_LINESW, 31,  5, 16,    TEXVEC_LINESE,  0, 24, 16, 
               TEXVEC_LINESW, 63, 24, 16,    TEXVEC_LINEDW, 63, 21,  4, 
               TEXVEC_LINEDW, 32, 36,  4,    TEXVEC_COLOR,   0, 
               TEXVEC_FILL,   31,  8,        TEXVEC_COLOR,   2,
               TEXVEC_FILL,   33, 38,        TEXVEC_COLOR,   3, 
               TEXVEC_FILL,   30, 38,        TEXVEC_EXIT },
    /* Не используется */
    (char[]) { TEXVEC_EXIT }, 
    /* Не используется */
    (char[]) { TEXVEC_EXIT },
    /* TEXINDEX_NOR */
    (char[]) { TEXVEC_COLOR,   9,            TEXVEC_LINESE, 32,  2, 16, 
               TEXVEC_LINESE,  0, 18, 16,    TEXVEC_LINESW, 63, 18, 16, 
               TEXVEC_LINEDW,  0, 18,  4,    TEXVEC_LINEDW, 31, 33,  4, 
               TEXVEC_LINESW, 31,  2, 16,    TEXVEC_LINESE,  0, 21, 16, 
               TEXVEC_LINESW, 63, 21, 16,    TEXVEC_LINEDW, 63, 18,  4, 
               TEXVEC_LINEDW, 32, 33,  4,    TEXVEC_COLOR,   8,
               TEXVEC_FILL,   31,  5,        TEXVEC_COLOR,  10,  
               TEXVEC_FILL,   33, 35,        TEXVEC_COLOR,  11,
               TEXVEC_FILL,   30, 35,        TEXVEC_EXIT }, 
    /* TEXINDEX_HOLE */
    (char[]) { TEXVEC_COLOR,  13,            TEXVEC_LINESE, 32, 9, 12, 
               TEXVEC_LINESE,  8, 21, 12,    TEXVEC_LINESW, 31, 9, 12, 
               TEXVEC_LINESW, 55, 21, 12,    TEXVEC_LINESE, 32, 12, 9, 
               TEXVEC_LINESE, 14, 21,  9,    TEXVEC_LINESW, 31, 12, 9, 
               TEXVEC_LINESW, 49, 21,  9,    TEXVEC_COLOR,  14, 
               TEXVEC_LINEDW, 31, 13,  4,    TEXVEC_LINESW, 31, 16, 7, 
               TEXVEC_FILL,   30, 14,        TEXVEC_COLOR,  12, 
               TEXVEC_FILL,   32, 11,        TEXVEC_COLOR,  15, 
               TEXVEC_LINEDW, 32, 13,  4,    TEXVEC_LINESE, 32, 16, 7, 
               TEXVEC_FILL,   33, 14,        TEXVEC_COLOR,  16, 
               TEXVEC_FILL,   31, 19,        TEXVEC_EXIT }
};

static void _texture_draw(int t, int x, int y);

/*! brief Создает изображение и сопутствующие сущности */
static void _image_create(void) {
    display = XOpenDisplay(0);
    window = XCreateSimpleWindow(display, 
                                 RootWindow(display, DefaultScreen(display)), 
                                 0, 0, IMAGE_WIDTH, IMAGE_HEIGHT, 1, 0, 0);
    image = XCreateImage(display, 
                     DefaultVisual(display, DefaultScreen(display)), 
                     DefaultDepth(display, DefaultScreen(display)),
                     2, 0, (char *) pixdata, IMAGE_WIDTH, IMAGE_HEIGHT, 32, 0);
}

/* brief Обнуляет изображение, заполняя его черным цветом */
static void _image_reset(void) {
    for (int y = 0; y < IMAGE_HEIGHT; y++)
        for (int x = 0; x < IMAGE_WIDTH; x++)
            pixdata[y][x] = 0;
}

/*! brief Конвертирует символ из чертежа в индекс текстуры
 * param[in] elem Символ чертежа
 * return Индекс текстуры */
static int _map2texture(char elem) {
    return ((elem >> 4) & 1) << 2 | (elem & 3);
}

/*! brief Собирает изображение из отдельных тайлов согласно карте */
static void _image_compile(void) {
    for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
        for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
            _texture_draw(_map2texture(mapdata[y][x]), x, y);
}

/*! brief Рисует изображение на экране */
static void _image_draw(void) {
    XPutImage(display, window, 
              DefaultGC(display, DefaultScreen(display)), 
              image, 0, 0, 0, 0, IMAGE_WIDTH, IMAGE_HEIGHT);
    XMapWindow(display, window);
    XFlush(display);
}

/*! brief Рисует отверстия на печатной плате */
static void _image_drill(void) {
    for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
            for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
                if ((x % 14 == 2) && (y % 4 == 3))
                    _texture_draw(TEXINDEX_HOLE, x, y);
}

/*! brief Применяет шейдер LCD-эффекта на изображение
 * param[in] x X-координата изображения
 * param[in] y Y-координата изображения */
static void _shader_lcd(int x, int y) {
    pixdata[y][x] &= 0xe0e0e0 | (31 << ((x % 3) << 3));
}

/*! brief Применяет шейдер случайного шума на изображение
 * param[in] x X-координата изображения
 * param[in] y Y-координата изображения */
static void _shader_noise(int x, int y) {
    pixdata[y][x] += 0x0f0f0f & (random *= 16777619);
}

/*! brief Накладывает на изображение различные эффекты */
static void _image_postprocess(void) {
    for (int y = 0; y < IMAGE_HEIGHT; y++)
        for (int x = 0; x < IMAGE_WIDTH; x++) {
            _shader_lcd(x, y);
            _shader_noise(x, y);
        }
}

/*! brief Отрисовывает текстуру на главном холсте по указанным координатам
 * param[in] t Индекс текстуры
 * param[in] x X координата тайла
 * param[in] y Y координата тайла */
static void _texture_draw(int t, int x, int y) {
    for (int ty = 0; ty < TEXTURE_HEIGHT; ty++)
        for (int tx = 0; tx < TEXTURE_WIDTH; tx++)
            if (textures[t][ty][tx])
                pixdata[ty + 
                        y * (TEXTURE_TOP_HEIGHT / 2) + 
                        x * (TEXTURE_TOP_HEIGHT / 2)]
                       [tx + 
                        IMAGE_SHIFTX + 
                        x * (TEXTURE_TOP_WIDTH / 2) - 
                        y * TEXTURE_TOP_HEIGHT] = textures[t][ty][tx];
}

/*! brief Производит закраску области текстуры
 * param[in] t Индекс текстуры
 * param[in] x X-координата начала
 * param[in] y Y-координата начала
 * param[in] source Исходный цвет
 * param[in] target Новый цвет */
static void _texture_fill(int t, int x, int y, int source, int target) {
    if ((x >= TEXTURE_WIDTH || y >= TEXTURE_HEIGHT || 
         x < 0 || y < 0) || 
         (textures[t][y][x] == target) || 
         (textures[t][y][x] != source))
        return;
    textures[t][y][x] = target;
    _texture_fill(t, x - 1, y, source, target);
    _texture_fill(t, x + 1, y, source, target);
    _texture_fill(t, x, y - 1, source, target);
    _texture_fill(t, x, y + 1, source, target);
}

/*! brief Рисует изометрическую линию по направлению SE
 * param[in] t Индекс текстуры
 * param[in] x X-координата начала
 * param[in] y Y-координата начала
 * param[in] c Длина линии по короткой стороне
 * param[in] color Цвет рисования */
static void _texture_linese(int t, int x, int y, int c, int color) {
    while (c--) {
        textures[t][y][x++] = color;
        textures[t][y++][x++] = color;
    }
}

/*! brief Рисует изометрическую линию по направлению SW
 * param[in] t Индекс текстуры
 * param[in] x X-координата начала
 * param[in] y Y-координата начала
 * param[in] c Длина линии по короткой стороне
 * param[in] color Цвет рисования */
static void _texture_linesw(int t, int x, int y, int c, int color) {
    while (c--) {
        textures[t][y][x--] = color;
        textures[t][y++][x--] = color;
    }
}

/*! brief Рисует линию вниз
 * param[in] t Индекс текстуры
 * param[in] x X-координата начала
 * param[in] y Y-координата начала
 * param[in] c Длина линии
 * param[in] color Цвет рисования */
static void _texture_linedown(int t, int x, int y, int c, int color) {
    while (c--)
        textures[t][y++][x] = color;
}

/*! brief Читает данные файла-чертежа и загружает их в карту 
 * param[in] filename Имя файла-чертежа */
static void _map_read(const char * filename) {
    int f = open(filename, 0);
    read(f, mapdata, MAP_FILEDATA);
    close(f);
}

/*! brief Заменяет иллюстративные входы из файла-конфигурации на вход
 * в виде провода чтобы работала логика распространения фронта волны */
static void _map_wire_inputs(void) {
    for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
        for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
            if ((x % 14 == 2) && (y % 4 == 3))
                mapdata[y][x] = MAPCHAR_WIRE;
}

/*! brief Производит заливку проводника нужным состоянием
 * param[in] t Игнорируется, артефакт автогенерации кода 
 * param[in] x X-координата заливки
 * param[in] y Y-координата заливки
 * param[in] c Исходное состояние
 * param[in] l Целевое состояние */
static void _map_fill(int t, int x, int y, int c, int l) {
    if ((x >= MAP_WIDTH || y >= MAP_HEIGHT || 
         x < 0 || y < 0) || (mapdata[y][x] == l)
        || (mapdata[y][x] != c))
        return;
    mapdata[y][x] = l;
    _map_fill(t, x - 1, y, c, l);
    _map_fill(t, x + 1, y, c, l);
    _map_fill(t, x, y - 1, c, l);
    _map_fill(t, x, y + 1, c, l);
}

/*! brief Включает соответствующие входы схемы в зависимости от значения
 * счетчика.
 * param[in] counter Счетчик */
static void _map_wire_counter(int counter) {
    _map_fill(0, 2, 3,  mapdata[3][2],  counter & 1 ? MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
    _map_fill(0, 2, 7,  mapdata[7][2],  counter & 2 ? MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
    _map_fill(0, 2, 11, mapdata[11][2], counter & 4 ? MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
    _map_fill(0, 2, 15, mapdata[15][2], counter & 8 ? MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
}

/*! brief Проводит расчет выходного (результирующего) тока после NOR-узла */
static void _map_process_gates(void) {       
    for (int i = 0; i < MAP_ITERATIONS; i++)
        for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
            for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
                if (mapdata[y][x] == MAPCHAR_NOR)
                    _map_fill(0, x + 1, y, mapdata[y][x + 1],
                        !(mapdata[y - 1][x] == MAPCHAR_PLUS ? 1 : 0
                       || mapdata[y + 1][x] == MAPCHAR_PLUS ? 1 : 0) ? 
                            MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
}

/* Код до рефакторинга */

int _x[] = { 15117427, 8413248, 5878632, 13027014, 1 };

int main(int argc, char * args[]) {
    _image_create();

    for (int tex = 0; tex < TEXTURE_COUNT; tex++) {
        char * ptr = vecdata[tex];
        int c = 0;
        while (*ptr != TEXVEC_EXIT) {
            switch (*ptr) {
            case TEXVEC_LINESE:
                _texture_linese(tex, ptr[1], ptr[2], ptr[3], c);
                ptr += 4;
                break;
            case TEXVEC_LINESW:
                _texture_linesw(tex, ptr[1], ptr[2], ptr[3], c);
                ptr += 4;
                break;
            case TEXVEC_LINEDW:
                _texture_linedown(tex, ptr[1], ptr[2], ptr[3], c);
                ptr += 4;
                break;
            case TEXVEC_FILL:
                _texture_fill(tex, ptr[1], ptr[2], 0, c);
                ptr += 3;
                break;
            case TEXVEC_REPEAT:
                ptr = vecdata[ptr[1]];
                break;
            case TEXVEC_COLOR:
                c = _x[ptr[1] / 4] - 1643277 * (ptr[1] % 4);
                ptr += 2;
                break;
            }
        }
    }
    unsigned int counter = 1;
    while (counter++) {
        _map_read(args[ARG_BLUEPRINT]);
        _map_wire_inputs();
        _map_wire_counter(counter);
        _map_process_gates();
        
        _image_reset();          
        _image_compile();
        _image_drill();
        _image_postprocess();        
        _image_draw();
        
        sleep(1);
    } 
    return 0;
}

Максимальное число, которое стоит после инструкции «TEXVEC_COLOR» — это 16. Напишем простейший код, чтобы получить всю таблицу:
Как я участвовал в IOCCC-'19 (и проиграл). Часть 2: «Симулятор NOR» - 10
Теперь, имея на руках палитру в расшифрованном виде мы можем заменить функцию её использования и написать расшифровки для цветов в константной таблице, а заодно и выделить функцию создания текстур:

Полный код после рефакторинга:

#include <X11/Xlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

/* Код после рефакторинга */

/*! brief Ширина изображения в пикселях */
#define IMAGE_WIDTH (1220)
/*! brief Высота изображения в пикселях */
#define IMAGE_HEIGHT (616)
/*! brief Сдвиг верхней грани карты от левой стороны */
#define IMAGE_SHIFTX (580)

/*! brief Количество текстур */
#define TEXTURE_COUNT (8)
/*! brief Ширина текстуры в пикселях */
#define TEXTURE_WIDTH (64)
/*! brief Высота текстур в пикселях */
#define TEXTURE_HEIGHT (40)
/*! brief Ширина грани текстуры в пикселях */
#define TEXTURE_TOP_WIDTH (64)
/*! brief Высота грани текстуры в пикселях */
#define TEXTURE_TOP_HEIGHT (32)

/*! brief Ширина эмулируемого поля */
#define MAP_WIDTH (19)
/*! brief Высота эмулируемого поля */
#define MAP_HEIGHT (19)
/*! brief Количество данные в файле-чертеже. Один байт добавлен для символа 'n' */
#define MAP_FILEDATA ((MAP_WIDTH + 1) * MAP_HEIGHT)
/*! brief Количество итераций во время расчета NOR-узлов */
#define MAP_ITERATIONS (20)

/*! brief Содержит структуры синтаксиса файла-конфигурации */
enum map_characters {
    MAPCHAR_WIRE  = '.', /**< Провод            (ASCII = 46) */
    MAPCHAR_PLUS  = '+', /**< Провод (есть ток) (ASCII = 43) */
    MAPCHAR_MINUS = '-', /**< Провод (нет тока) (ASCII = 45) */
    MAPCHAR_NOR   = '>', /**< NOR-элемент       (ASCII = 62) */
    MAPCHAR_EMPTY = ' ', /**< Пустой блок       (ASCII = 32) */
};

/*! brief Содержит индексы текстур */
enum textures_indexes {
    TEXINDEX_EMPTY = (0), /**< Индекс пустой текстуры                 */
    TEXINDEX_MINUS = (1), /**< Индекс текстуры "выключенного провода" */
    TEXINDEX_WIRE  = (2), /**< Индекс текстуры нейтрального провода   */
    TEXINDEX_PLUS  = (3), /**< Индекс текстуры "включенного" провода  */
    /**/
    TEXINDEX_NOR   = (6), /**< Индекс текстуры NOR-элемента           */
    TEXINDEX_HOLE  = (7)  /**< Индекс текстуры отверстия на плате     */
};

/*! brief Список инструкций векторного интерпретатора */
enum textures_instructions {
    TEXVEC_LINESE = (0), /**< Линия SE                          */
    TEXVEC_LINESW = (1), /**< Линия SW                          */
    TEXVEC_LINEDW = (2), /**< Линия вниз                        */
    TEXVEC_FILL   = (3), /**< Заливка                           */
    TEXVEC_EXIT   = (4), /**< Конец списка инструкций           */
    TEXVEC_REPEAT = (5), /**< Повтор инструкций другой текстуры */
    TEXVEC_COLOR  = (6)  /**< Выбор цвета                       */
};

/*! brief Аргументы программы */
enum program_arguments { 
    ARG_PROGRAM,  /**< Имя самой программы */
    ARG_BLUEPRINT /**< Имя файла-чертежа   */
};

/*! brief Бинарные данные пикселей изображения.
 * Типизированы к int для оперирования пикселями вместо каналов */
int pixdata[IMAGE_HEIGHT][IMAGE_WIDTH];
/*! brief Текстуры блоков, отображаемых на поле */
int textures[TEXTURE_COUNT][TEXTURE_HEIGHT][TEXTURE_WIDTH] = { 0 };
/*! brief Данные эмулируемого поля. 
 * Один байт добавлен для упрощения обработки символа 'n' */
char mapdata[MAP_HEIGHT][MAP_WIDTH + 1];
/*! brief Зерно генератора случайных чисел */
int random = 2166136261;

/*! brief Экземпляр дисплея Xlib */
Display * display;
/*! brief Экземпляр главного окна Xlib */
Window window;
/*! brief Изображение для вывода на экран */
XImage * image;

/*! brief Палитра цветов для векторной отрисовки 
 * note Черный имеет цвет {001} для отличия от "прозрачного" черного {000} */
static const int texturepalette[] = { 
                         /*  Светлее   ▁▁▂▂▃▃▄▄▅▅▆▆▇▇██   Темнее */    
    /* Светло-коричневый */ 0xe6ac73, 0xcd9966, 0xb48659, 0x9b734c,
    /* Темно-коричневый  */ 0x806040, 0x674d33, 0x4e3a26, 0x352719,
    /* Зеленый           */ 0x59b368, 0x40a05b, 0x278d4e, 0x0e7a41,
    /* Серый             */ 0xc6c6c6, 0xadb3b9, 0x94a0ac, 0x7b8d9f,
    /* Черный            */ 0x000001
};

/*! brief Векторные инструкции для рисования текстур */
static const char * vecdata[TEXTURE_COUNT] = { 
    /* TEXINDEX_EMPTY */
    (char[]) { TEXVEC_EXIT }, 
    /* TEXINDEX_MINUS */
    (char[]) { TEXVEC_COLOR,   5,            TEXVEC_LINESE, 32,  5, 16, 
               TEXVEC_LINESE,  0, 21, 16,    TEXVEC_LINESW, 63, 21, 16, 
               TEXVEC_LINEDW,  0, 21,  4,    TEXVEC_LINEDW, 31, 36,  4, 
               TEXVEC_LINESW, 31,  5, 16,    TEXVEC_LINESE,  0, 24, 16, 
               TEXVEC_LINESW, 63, 24, 16,    TEXVEC_LINEDW, 63, 21,  4, 
               TEXVEC_LINEDW, 32, 36,  4,    TEXVEC_COLOR,   4, 
               TEXVEC_FILL,   31, 8,         TEXVEC_COLOR,   6,
               TEXVEC_FILL,   33, 38,        TEXVEC_COLOR,   7, 
               TEXVEC_FILL,   30, 38,        TEXVEC_EXIT },
    /* TEXINDEX_WIRE */
    (char[]) { TEXVEC_REPEAT,  1 }, 
    /* TEXINDEX_PLUS */
    (char[]) { TEXVEC_COLOR,   1,            TEXVEC_LINESE, 32,  5, 16,
               TEXVEC_LINESE,  0, 21, 16,    TEXVEC_LINESW, 63, 21, 16, 
               TEXVEC_LINEDW, 63, 21,  4,    TEXVEC_LINEDW, 31, 36,  4, 
               TEXVEC_LINESW, 31,  5, 16,    TEXVEC_LINESE,  0, 24, 16, 
               TEXVEC_LINESW, 63, 24, 16,    TEXVEC_LINEDW, 63, 21,  4, 
               TEXVEC_LINEDW, 32, 36,  4,    TEXVEC_COLOR,   0, 
               TEXVEC_FILL,   31,  8,        TEXVEC_COLOR,   2,
               TEXVEC_FILL,   33, 38,        TEXVEC_COLOR,   3, 
               TEXVEC_FILL,   30, 38,        TEXVEC_EXIT },
    /* Не используется */
    (char[]) { TEXVEC_EXIT }, 
    /* Не используется */
    (char[]) { TEXVEC_EXIT },
    /* TEXINDEX_NOR */
    (char[]) { TEXVEC_COLOR,   9,            TEXVEC_LINESE, 32,  2, 16, 
               TEXVEC_LINESE,  0, 18, 16,    TEXVEC_LINESW, 63, 18, 16, 
               TEXVEC_LINEDW,  0, 18,  4,    TEXVEC_LINEDW, 31, 33,  4, 
               TEXVEC_LINESW, 31,  2, 16,    TEXVEC_LINESE,  0, 21, 16, 
               TEXVEC_LINESW, 63, 21, 16,    TEXVEC_LINEDW, 63, 18,  4, 
               TEXVEC_LINEDW, 32, 33,  4,    TEXVEC_COLOR,   8,
               TEXVEC_FILL,   31,  5,        TEXVEC_COLOR,  10,  
               TEXVEC_FILL,   33, 35,        TEXVEC_COLOR,  11,
               TEXVEC_FILL,   30, 35,        TEXVEC_EXIT }, 
    /* TEXINDEX_HOLE */
    (char[]) { TEXVEC_COLOR,  13,            TEXVEC_LINESE, 32, 9, 12, 
               TEXVEC_LINESE,  8, 21, 12,    TEXVEC_LINESW, 31, 9, 12, 
               TEXVEC_LINESW, 55, 21, 12,    TEXVEC_LINESE, 32, 12, 9, 
               TEXVEC_LINESE, 14, 21,  9,    TEXVEC_LINESW, 31, 12, 9, 
               TEXVEC_LINESW, 49, 21,  9,    TEXVEC_COLOR,  14, 
               TEXVEC_LINEDW, 31, 13,  4,    TEXVEC_LINESW, 31, 16, 7, 
               TEXVEC_FILL,   30, 14,        TEXVEC_COLOR,  12, 
               TEXVEC_FILL,   32, 11,        TEXVEC_COLOR,  15, 
               TEXVEC_LINEDW, 32, 13,  4,    TEXVEC_LINESE, 32, 16, 7, 
               TEXVEC_FILL,   33, 14,        TEXVEC_COLOR,  16, 
               TEXVEC_FILL,   31, 19,        TEXVEC_EXIT }
};

static void _texture_draw(int t, int x, int y);

/*! brief Создает изображение и сопутствующие сущности */
static void _image_create(void) {
    display = XOpenDisplay(0);
    window = XCreateSimpleWindow(display, 
                                 RootWindow(display, DefaultScreen(display)), 
                                 0, 0, IMAGE_WIDTH, IMAGE_HEIGHT, 1, 0, 0);
    image = XCreateImage(display, 
                     DefaultVisual(display, DefaultScreen(display)), 
                     DefaultDepth(display, DefaultScreen(display)),
                     2, 0, (char *) pixdata, IMAGE_WIDTH, IMAGE_HEIGHT, 32, 0);
}

/* brief Обнуляет изображение, заполняя его черным цветом */
static void _image_reset(void) {
    for (int y = 0; y < IMAGE_HEIGHT; y++)
        for (int x = 0; x < IMAGE_WIDTH; x++)
            pixdata[y][x] = 0;
}

/*! brief Конвертирует символ из чертежа в индекс текстуры
 * param[in] elem Символ чертежа
 * return Индекс текстуры */
static int _map2texture(char elem) {
    return ((elem >> 4) & 1) << 2 | (elem & 3);
}

/*! brief Собирает изображение из отдельных тайлов согласно карте */
static void _image_compile(void) {
    for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
        for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
            _texture_draw(_map2texture(mapdata[y][x]), x, y);
}

/*! brief Рисует изображение на экране */
static void _image_draw(void) {
    XPutImage(display, window, 
              DefaultGC(display, DefaultScreen(display)), 
              image, 0, 0, 0, 0, IMAGE_WIDTH, IMAGE_HEIGHT);
    XMapWindow(display, window);
    XFlush(display);
}

/*! brief Рисует отверстия на печатной плате */
static void _image_drill(void) {
    for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
            for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
                if ((x % 14 == 2) && (y % 4 == 3))
                    _texture_draw(TEXINDEX_HOLE, x, y);
}

/*! brief Применяет шейдер LCD-эффекта на изображение
 * param[in] x X-координата изображения
 * param[in] y Y-координата изображения */
static void _shader_lcd(int x, int y) {
    pixdata[y][x] &= 0xe0e0e0 | (31 << ((x % 3) << 3));
}

/*! brief Применяет шейдер случайного шума на изображение
 * param[in] x X-координата изображения
 * param[in] y Y-координата изображения */
static void _shader_noise(int x, int y) {
    pixdata[y][x] += 0x0f0f0f & (random *= 16777619);
}

/*! brief Накладывает на изображение различные эффекты */
static void _image_postprocess(void) {
    for (int y = 0; y < IMAGE_HEIGHT; y++)
        for (int x = 0; x < IMAGE_WIDTH; x++) {
            _shader_lcd(x, y);
            _shader_noise(x, y);
        }
}

/*! brief Отрисовывает текстуру на главном холсте по указанным координатам
 * param[in] t Индекс текстуры
 * param[in] x X координата тайла
 * param[in] y Y координата тайла */
static void _texture_draw(int t, int x, int y) {
    for (int ty = 0; ty < TEXTURE_HEIGHT; ty++)
        for (int tx = 0; tx < TEXTURE_WIDTH; tx++)
            if (textures[t][ty][tx])
                pixdata[ty + 
                        y * (TEXTURE_TOP_HEIGHT / 2) + 
                        x * (TEXTURE_TOP_HEIGHT / 2)]
                       [tx + 
                        IMAGE_SHIFTX + 
                        x * (TEXTURE_TOP_WIDTH / 2) - 
                        y * TEXTURE_TOP_HEIGHT] = textures[t][ty][tx];
}

/*! brief Производит закраску области текстуры
 * param[in] t Индекс текстуры
 * param[in] x X-координата начала
 * param[in] y Y-координата начала
 * param[in] source Исходный цвет
 * param[in] target Новый цвет */
static void _texture_fill(int t, int x, int y, int source, int target) {
    if ((x >= TEXTURE_WIDTH || y >= TEXTURE_HEIGHT || 
         x < 0 || y < 0) || 
         (textures[t][y][x] == target) || 
         (textures[t][y][x] != source))
        return;
    textures[t][y][x] = target;
    _texture_fill(t, x - 1, y, source, target);
    _texture_fill(t, x + 1, y, source, target);
    _texture_fill(t, x, y - 1, source, target);
    _texture_fill(t, x, y + 1, source, target);
}

/*! brief Рисует изометрическую линию по направлению SE
 * param[in] t Индекс текстуры
 * param[in] x X-координата начала
 * param[in] y Y-координата начала
 * param[in] c Длина линии по короткой стороне
 * param[in] color Цвет рисования */
static void _texture_linese(int t, int x, int y, int c, int color) {
    while (c--) {
        textures[t][y][x++] = color;
        textures[t][y++][x++] = color;
    }
}

/*! brief Рисует изометрическую линию по направлению SW
 * param[in] t Индекс текстуры
 * param[in] x X-координата начала
 * param[in] y Y-координата начала
 * param[in] c Длина линии по короткой стороне
 * param[in] color Цвет рисования */
static void _texture_linesw(int t, int x, int y, int c, int color) {
    while (c--) {
        textures[t][y][x--] = color;
        textures[t][y++][x--] = color;
    }
}

/*! brief Рисует линию вниз
 * param[in] t Индекс текстуры
 * param[in] x X-координата начала
 * param[in] y Y-координата начала
 * param[in] c Длина линии
 * param[in] color Цвет рисования */
static void _texture_linedown(int t, int x, int y, int c, int color) {
    while (c--)
        textures[t][y++][x] = color;
}

/*! brief Создает все текстуры, интерпретатор векторных инструкций */
static void _textures_create(void) {
    for (int tex = 0; tex < TEXTURE_COUNT; tex++) {
        const char * ptr = vecdata[tex];
        int c = 0;
        while (*ptr != TEXVEC_EXIT) {
            switch (*ptr) {
            case TEXVEC_LINESE:
                _texture_linese(tex, ptr[1], ptr[2], ptr[3], c);
                ptr += 4;
                break;
                
            case TEXVEC_LINESW:
                _texture_linesw(tex, ptr[1], ptr[2], ptr[3], c);
                ptr += 4;
                break;
                
            case TEXVEC_LINEDW:
                _texture_linedown(tex, ptr[1], ptr[2], ptr[3], c);
                ptr += 4;
                break;
                
            case TEXVEC_FILL:
                _texture_fill(tex, ptr[1], ptr[2], 0, c);
                ptr += 3;
                break;
                
            case TEXVEC_REPEAT:
                ptr = vecdata[ptr[1]];
                break;
                
            case TEXVEC_COLOR:
                c = texturepalette[ptr[1]];
                ptr += 2;
                break;
            }
        }
    }
}

/*! brief Читает данные файла-чертежа и загружает их в карту 
 * param[in] filename Имя файла-чертежа */
static void _map_read(const char * filename) {
    int f = open(filename, 0);
    read(f, mapdata, MAP_FILEDATA);
    close(f);
}

/*! brief Заменяет иллюстративные входы из файла-конфигурации на вход
 * в виде провода чтобы работала логика распространения фронта волны */
static void _map_wire_inputs(void) {
    for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
        for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
            if ((x % 14 == 2) && (y % 4 == 3))
                mapdata[y][x] = MAPCHAR_WIRE;
}

/*! brief Производит заливку проводника нужным состоянием
 * param[in] t Игнорируется, артефакт автогенерации кода 
 * param[in] x X-координата заливки
 * param[in] y Y-координата заливки
 * param[in] c Исходное состояние
 * param[in] l Целевое состояние */
static void _map_fill(int t, int x, int y, int c, int l) {
    if ((x >= MAP_WIDTH || y >= MAP_HEIGHT || 
         x < 0 || y < 0) || (mapdata[y][x] == l)
        || (mapdata[y][x] != c))
        return;
    mapdata[y][x] = l;
    _map_fill(t, x - 1, y, c, l);
    _map_fill(t, x + 1, y, c, l);
    _map_fill(t, x, y - 1, c, l);
    _map_fill(t, x, y + 1, c, l);
}

/*! brief Включает соответствующие входы схемы в зависимости от значения
 * счетчика.
 * param[in] counter Счетчик */
static void _map_wire_counter(int counter) {
    _map_fill(0, 2, 3,  mapdata[3][2],  counter & 1 ? MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
    _map_fill(0, 2, 7,  mapdata[7][2],  counter & 2 ? MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
    _map_fill(0, 2, 11, mapdata[11][2], counter & 4 ? MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
    _map_fill(0, 2, 15, mapdata[15][2], counter & 8 ? MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
}

/*! brief Проводит расчет выходного (результирующего) тока после NOR-узла */
static void _map_process_gates(void) {       
    for (int i = 0; i < MAP_ITERATIONS; i++)
        for (int y = 0; y < MAP_HEIGHT; y++)
            for (int x = 0; x < MAP_WIDTH; x++)
                if (mapdata[y][x] == MAPCHAR_NOR)
                    _map_fill(0, x + 1, y, mapdata[y][x + 1],
                        !(mapdata[y - 1][x] == MAPCHAR_PLUS ? 1 : 0
                       || mapdata[y + 1][x] == MAPCHAR_PLUS ? 1 : 0) ? 
                            MAPCHAR_PLUS : MAPCHAR_MINUS);
}

int main(int argc, char * args[]) {
    _image_create();
    _textures_create();
    
    unsigned int counter = 1;
    while (counter++) {
        _map_read(args[ARG_BLUEPRINT]);
        _map_wire_inputs();
        _map_wire_counter(counter);
        _map_process_gates();
        
        _image_reset();          
        _image_compile();
        _image_drill();
        _image_postprocess();        
        _image_draw();
        
        sleep(1);
    } 
    return 0;
}

Эпилог

Вот и всё. Несмотря на то, что я не занял никаких призовых мест, это был достаточно любопытный опыт (умерший за два дня до начала приема работ HDD этому поспособствовал). Было что-то неправильное в том, чтобы писать код, максимально не читаемый и одновременно абсолютно валидный с точки зрения языка. Однако нельзя сказать, что это было неинтересно. Когда утилита, подсчитывающая токены говорит, что код нарушает правила превышая лимит на 2000+ токенов, а ты не знаешь, как его сократить — это вызов. Когда размер файла превышает лимиты, а ты хочешь добавить какой-то графический эффект — это вызов. Это было трудно, вместить столько функционала, и тем слаще было читать вывод утилиты, которая после нескольких сотен исправлений наконец-таки сказала, что код можно выгружать. Я бы порекомендовал читателям поучаствовать в конкурсе хотя бы просто для того, чтобы приобщиться и испытать свои силы. Да, никаких наград или призов это не дает, но зато вы будете знать, что под ником zhestokyshveller на сайте IOCCC скрываетесь вы.

Автор: staticmain

Источник


* - обязательные к заполнению поля


https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/3.4.1/jquery.min.js