git.cworth.org Git - scherzo/blob - scherzo.c

   1 /* scherzo - Music notation training
   2  *
   3  * Copyright © 2010 Carl Worth
   4  *
   5  * This program is free software: you can redistribute it and/or modify
   6  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
   7  * the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
   8  * (at your option) any later version.
   9  *
  10  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  11  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  12  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  13  * GNU General Public License for more details.
  14  *
  15  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  16  * along with this program.  If not, see http://www.gnu.org/licenses/ .
  17  */
  18
  19 #include <gtk/gtk.h>
  20 #include <gdk/gdkkeysyms.h>
  21
  22 #include <asoundlib.h>
  23
  24 #include "score.h"
  25 #include "mnemon.h"
  26
  27 #define ARRAY_SIZE(arr) (sizeof(arr) / sizeof(arr[0]))
  28
  29 #define unused(foo) foo __attribute__((unused))
  30
  31 #define MIDI_BUF_SIZE 4096
  32
  33 typedef struct challenge
  34 {
  35     bin_t *bin;
  36     int item_index;
  37     score_staff_t *staff;
  38     score_note_t *note;
  39
  40     int satisfied;
  41     int mistaken;
  42 } challenge_t;
  43
  44 typedef struct note_group
  45 {
  46     void *ctx;
  47     score_note_t **notes;
  48     int size;
  49     int num_notes;
  50 } note_group_t;
  51
  52 typedef struct scherzo
  53 {
  54     void *ctx;
  55
  56     GtkWidget *window;
  57     score_t *score;
  58     int staff_height;
  59     score_staff_t *treble;
  60     score_staff_t *bass;
  61     score_chord_t *chord;
  62
  63     /* The word "keyboard" here is referring to a "computer
  64      * keyboard". Any "piano keyboard" key knows its own octave and
  65      * accidental already. */
  66     int keyboard_octave;
  67     score_pitch_accidental_t keyboard_accidental;
  68
  69     int midi_fd;
  70     snd_midi_event_t *snd_midi_event;
  71
  72     mnemon_t mnemon;
  73     challenge_t challenge;
  74
  75     note_group_t notes_pressed;
  76     note_group_t notes_pedaled;
  77
  78     int pedal_pressed;
  79 } scherzo_t;
  80
  81 /* Forward declarations. */
  82 static score_note_t *
  83 scherzo_press_note (scherzo_t *scherzo, score_pitch_t pitch, int octave);
  84
  85 static void
  86 scherzo_release_note (scherzo_t *scherzo, score_pitch_t pitch, int octave);
  87
  88 static void
  89 scherzo_press_pedal (scherzo_t *scherzo);
  90
  91 static void
  92 scherzo_release_pedal (scherzo_t *scherzo);
  93
  94 static void
  95 _judge_note (scherzo_t *scherzo, score_note_t *note);
  96
  97 static void
  98 _score_challenge (scherzo_t *scherzo);
  99
 100 static int
 101 on_delete_event_quit (unused (GtkWidget *widget),
 102                       unused (GdkEvent *event),
 103                       unused (gpointer user_data))
 104 {
 105     gtk_main_quit ();
 106
 107     /* Returning FALSE allows the default handler for delete-event
 108      * to proceed to cleanup the widget. */
 109     return FALSE;
 110 }
 111
 112 static int
 113 on_expose_event_draw (GtkWidget *widget,
 114                       unused (GdkEventExpose *expose),
 115                       void * user_data)
 116 {
 117     scherzo_t *scherzo = user_data;
 118     score_t *score = scherzo->score;
 119     cairo_t *cr;
 120     GtkAllocation allocation;
 121     static const int pad = 10;
 122     int widget_width;
 123
 124     gtk_widget_get_allocation (widget, &allocation);
 125     widget_width = allocation.width;
 126
 127     cr = gdk_cairo_create (widget->window);
 128
 129     /* White background */
 130     cairo_set_source_rgb (cr, 1.0, 1.0, 1.0);
 131     cairo_paint (cr);
 132
 133     /* Add some padding on the sides and top */
 134     cairo_translate (cr, pad, scherzo->staff_height);
 135     score_set_staff_height (score, scherzo->staff_height);
 136     score_set_width (score, widget_width - 2 * pad);
 137
 138     score_draw (score, cr);
 139
 140     return TRUE;
 141 }
 142
 143 static int
 144 on_key_press_event (GtkWidget *widget,
 145                     GdkEventKey *key,
 146                     void *user_data)
 147 {
 148     scherzo_t *scherzo = user_data;
 149     int octave;
 150     /* Initialize to keep the compiler quiet. */
 151     score_pitch_name_t pitch_name = SCORE_PITCH_C;
 152     score_pitch_t pitch;
 153
 154     if (scherzo->challenge.note)
 155         octave = scherzo->challenge.note->octave;
 156     else
 157         octave = scherzo->keyboard_octave;
 158
 159     switch (key->keyval) {
 160     case GDK_KEY_plus:
 161     case GDK_KEY_KP_Add:
 162     case GDK_KEY_equal:
 163     case GDK_KEY_KP_Equal:
 164         scherzo->staff_height += 4;
 165         gtk_widget_queue_draw (widget);
 166         return TRUE;
 167         break;
 168     case GDK_KEY_minus:
 169     case GDK_KEY_KP_Subtract:
 170         scherzo->staff_height -= 4;
 171         gtk_widget_queue_draw (widget);
 172         return TRUE;
 173         break;
 174     case GDK_KEY_q:
 175     case GDK_KEY_Q:
 176     case GDK_KEY_Escape:
 177         gtk_main_quit ();
 178         return FALSE;
 179     case GDK_KEY_c:
 180     case GDK_KEY_C:
 181         pitch_name = SCORE_PITCH_NAME_C;
 182         break;
 183     case GDK_KEY_d:
 184     case GDK_KEY_D:
 185         pitch_name = SCORE_PITCH_NAME_D;
 186         break;
 187     case GDK_KEY_e:
 188     case GDK_KEY_E:
 189         pitch_name = SCORE_PITCH_NAME_E;
 190         break;
 191     case GDK_KEY_f:
 192     case GDK_KEY_F:
 193         pitch_name = SCORE_PITCH_NAME_F;
 194         break;
 195     case GDK_KEY_g:
 196     case GDK_KEY_G:
 197         pitch_name = SCORE_PITCH_NAME_G;
 198         break;
 199     case GDK_KEY_a:
 200     case GDK_KEY_A:
 201         pitch_name = SCORE_PITCH_NAME_A;
 202         break;
 203     case GDK_KEY_b:
 204     case GDK_KEY_B:
 205         pitch_name = SCORE_PITCH_NAME_B;
 206         break;
 207     case GDK_KEY_0:
 208     case GDK_KEY_1:
 209     case GDK_KEY_2:
 210     case GDK_KEY_3:
 211     case GDK_KEY_4:
 212     case GDK_KEY_5:
 213     case GDK_KEY_6:
 214     case GDK_KEY_7:
 215     case GDK_KEY_8:
 216         scherzo->keyboard_octave = key->keyval - GDK_KEY_0;
 217         break;
 218     case GDK_KEY_space:
 219         scherzo_press_pedal (scherzo);
 220         break;
 221     case GDK_KEY_Up:
 222         if (scherzo->keyboard_accidental < SCORE_PITCH_ACCIDENTAL_DOUBLE_SHARP)
 223             scherzo->keyboard_accidental++;
 224         break;
 225     case GDK_KEY_Down:
 226         if (scherzo->keyboard_accidental > SCORE_PITCH_ACCIDENTAL_DOUBLE_FLAT)
 227             scherzo->keyboard_accidental--;
 228         break;
 229     }
 230
 231     pitch = SCORE_PITCH (pitch_name, scherzo->keyboard_accidental);
 232
 233     if ((key->keyval >= GDK_KEY_A && key->keyval <= GDK_KEY_G) ||
 234         (key->keyval >= GDK_KEY_a && key->keyval <= GDK_KEY_g))
 235     {
 236         score_note_t *note;
 237
 238         note = scherzo_press_note (scherzo, pitch, octave);
 239         _judge_note (scherzo, note);
 240         gtk_widget_queue_draw (scherzo->window);
 241
 242         return TRUE;
 243     }
 244
 245
 246     /* Allow an unhandled event to propagate to other handlers. */
 247     return FALSE;
 248 }
 249
 250 static int
 251 on_key_release_event (unused (GtkWidget *widget),
 252                       GdkEventKey *key,
 253                       void *user_data)
 254 {
 255     scherzo_t *scherzo = user_data;
 256     int octave;
 257     /* Initialize to keep the compiler quiet. */
 258     score_pitch_name_t pitch_name = SCORE_PITCH_NAME_C;
 259     score_pitch_t pitch;
 260
 261     if (scherzo->challenge.note)
 262         octave = scherzo->challenge.note->octave;
 263     else
 264         octave = scherzo->keyboard_octave;
 265
 266     switch (key->keyval) {
 267     case GDK_KEY_c:
 268     case GDK_KEY_C:
 269         pitch_name = SCORE_PITCH_NAME_C;
 270         break;
 271     case GDK_KEY_d:
 272     case GDK_KEY_D:
 273         pitch_name = SCORE_PITCH_NAME_D;
 274         break;
 275     case GDK_KEY_e:
 276     case GDK_KEY_E:
 277         pitch_name = SCORE_PITCH_NAME_E;
 278         break;
 279     case GDK_KEY_f:
 280     case GDK_KEY_F:
 281         pitch_name = SCORE_PITCH_NAME_F;
 282         break;
 283     case GDK_KEY_g:
 284     case GDK_KEY_G:
 285         pitch_name = SCORE_PITCH_NAME_G;
 286         break;
 287     case GDK_KEY_a:
 288     case GDK_KEY_A:
 289         pitch_name = SCORE_PITCH_NAME_A;
 290         break;
 291     case GDK_KEY_b:
 292     case GDK_KEY_B:
 293         pitch_name = SCORE_PITCH_NAME_B;
 294         break;
 295     case GDK_KEY_space:
 296         scherzo_release_pedal (scherzo);
 297         break;
 298     }
 299
 300     pitch = SCORE_PITCH (pitch_name, scherzo->keyboard_accidental);
 301
 302     if ((key->keyval >= GDK_KEY_A && key->keyval <= GDK_KEY_G) ||
 303         (key->keyval >= GDK_KEY_a && key->keyval <= GDK_KEY_g))
 304     {
 305         scherzo_release_note (scherzo, pitch, octave);
 306         _score_challenge (scherzo);
 307         gtk_widget_queue_draw (scherzo->window);
 308
 309         return TRUE;
 310     }
 311
 312
 313     /* Allow an unhandled event to propagate to other handlers. */
 314     return FALSE;
 315 }
 316
 317 static unsigned char
 318 _score_pitch_and_octave_to_midi (score_pitch_t pitch,
 319                                  int octave)
 320 {
 321     unsigned char midi_note = 12 * (octave + 1);
 322
 323     switch (SCORE_PITCH_NAME (pitch)) {
 324     case SCORE_PITCH_NAME_C:
 325         break;
 326     case SCORE_PITCH_NAME_D:
 327         midi_note += 2;
 328         break;
 329     case SCORE_PITCH_NAME_E:
 330         midi_note += 4;
 331         break;
 332     case SCORE_PITCH_NAME_F:
 333         midi_note += 5;
 334         break;
 335     case SCORE_PITCH_NAME_G:
 336         midi_note += 7;
 337         break;
 338     case SCORE_PITCH_NAME_A:
 339         midi_note += 9;
 340         break;
 341     case SCORE_PITCH_NAME_B:
 342         midi_note += 11;
 343         break;
 344     }
 345
 346     switch (SCORE_PITCH_ACCIDENTAL (pitch)) {
 347     case SCORE_PITCH_ACCIDENTAL_DOUBLE_FLAT:
 348         midi_note -= 2;
 349         break;
 350     case SCORE_PITCH_ACCIDENTAL_FLAT:
 351         midi_note -= 1;
 352         break;
 353     case SCORE_PITCH_ACCIDENTAL_NATURAL:
 354         break;
 355     case SCORE_PITCH_ACCIDENTAL_SHARP:
 356         midi_note += 1;
 357         break;
 358     case SCORE_PITCH_ACCIDENTAL_DOUBLE_SHARP:
 359         midi_note += 2;
 360         break;
 361     }
 362
 363     return midi_note;
 364 }
 365
 366 static void
 367 _midi_to_score_pitch_and_octave (unsigned char midi_note,
 368                                  score_pitch_t *pitch,
 369                                  int *octave)
 370 {
 371     *octave = midi_note / 12 - 1;
 372
 373     switch (midi_note % 12)
 374     {
 375     case 0:
 376         *pitch = SCORE_PITCH_C;
 377         break;
 378     case 1:
 379         *pitch = SCORE_PITCH_Cs;
 380         break;
 381     case 2:
 382         *pitch = SCORE_PITCH_D;
 383         break;
 384     case 3:
 385         *pitch = SCORE_PITCH_Ds;
 386         break;
 387     case 4:
 388         *pitch = SCORE_PITCH_E;
 389         break;
 390     case 5:
 391         *pitch = SCORE_PITCH_F;
 392         break;
 393     case 6:
 394         *pitch = SCORE_PITCH_Fs;
 395         break;
 396     case 7:
 397         *pitch = SCORE_PITCH_G;
 398         break;
 399     case 8:
 400         *pitch = SCORE_PITCH_Gs;
 401         break;
 402     case 9:
 403         *pitch = SCORE_PITCH_A;
 404         break;
 405     case 10:
 406         *pitch = SCORE_PITCH_As;
 407         break;
 408     case 11:
 409         *pitch = SCORE_PITCH_B;
 410         break;
 411     }
 412 }
 413
 414 /* Determine a chord name (if any) from the current notes pressed */
 415
 416 typedef struct analyzed_note {
 417     /* Original note being analzyed. */
 418     score_note_t *note;
 419
 420     /* Absolute pitch (expressed as midi number). */
 421     int midi_pitch;
 422
 423     /* Pitch relative to bass note. */
 424     int relative_pitch;
 425 } analyzed_note_t;
 426
 427 static int
 428 _compare_analyzed_note_by_midi_pitch (const void *va, const void *vb)
 429 {
 430     const analyzed_note_t *a = va, *b = vb;
 431
 432     return a->midi_pitch - b->midi_pitch;
 433 }
 434
 435 static int
 436 _compare_analyzed_note_by_relative_pitch (const void *va, const void *vb)
 437 {
 438     const analyzed_note_t *a = va, *b = vb;
 439
 440     return a->relative_pitch - b->relative_pitch;
 441 }
 442
 443 typedef struct modified_degree
 444 {
 445     int degree;
 446     int modification;
 447 } modified_degree_t;
 448
 449 static int
 450 _modified_degree_to_half_steps (const modified_degree_t *degree)
 451 {
 452     int half_steps;
 453
 454     /* Number of half steps from root to specified degree within a
 455      * diatonic scaled. */
 456     switch (degree->degree) {
 457     case 1:
 458         half_steps = 0;
 459         break;
 460     case 2:
 461         half_steps = 2;
 462         break;
 463     case 3:
 464         half_steps = 4;
 465         break;
 466     case 4:
 467         half_steps = 5;
 468         break;
 469     case 5:
 470         half_steps = 7;
 471         break;
 472     case 6:
 473         half_steps = 9;
 474         break;
 475     case 7:
 476         half_steps = 11;
 477         break;
 478     default:
 479         fprintf (stderr, "Internal: Invalid degree %d\n", degree->degree);
 480         exit (1);
 481         break;
 482     }
 483
 484     return half_steps + degree->modification;
 485 }
 486
 487 static int
 488 _chord_signature_matches (analyzed_note_t *notes,
 489                           int num_notes,
 490                           modified_degree_t *degrees,
 491                           int num_degrees,
 492                           int inversion,
 493                           score_pitch_t *root)
 494 {
 495 #define MAX_DEGREES 4
 496     int relative_pitches[MAX_DEGREES];
 497     int i, root_index;
 498
 499     assert (num_degrees <= MAX_DEGREES);
 500
 501     if (num_notes != num_degrees)
 502         return 0;
 503
 504     if (inversion >= num_degrees)
 505         return 0;
 506
 507     /* We never spell simple intervals as inversions. */
 508     if (num_degrees == 2 && inversion > 0)
 509         return 0;
 510
 511     for (i = 0; i < num_degrees; i++) {
 512         /* The num_degrees is in the addition just to ensure all
 513          * inputs to the modulus operator remain positive. */
 514         int index = (i + num_degrees - inversion) % num_degrees;
 515
 516         /* Again, adding a 12 to keep things positive. */
 517         relative_pitches[index] =
 518             (12 +
 519              _modified_degree_to_half_steps (&degrees[i]) -
 520              _modified_degree_to_half_steps (&degrees[inversion])) % 12;
 521
 522     }
 523
 524     for (i = 0; i < num_notes; i++)
 525         if (notes[i].relative_pitch != relative_pitches[i])
 526             return 0;
 527
 528     root_index = (num_notes - inversion) % num_notes;
 529     *root = notes[root_index].note->pitch;
 530
 531     return 1;
 532 }
 533
 534 static const char *
 535 _pitch_str (score_pitch_t pitch)
 536 {
 537     switch (pitch) {
 538     case SCORE_PITCH_Cff:
 539         return "C𝄫";
 540     case SCORE_PITCH_Cf:
 541         return "C♭";
 542     case SCORE_PITCH_C:
 543         return "C";
 544     case SCORE_PITCH_Cs:
 545         return "C♯";
 546     case SCORE_PITCH_Css:
 547         return "C𝄪";
 548     case SCORE_PITCH_Dff:
 549         return "D𝄫";
 550     case SCORE_PITCH_Df:
 551         return "D♭";
 552     case SCORE_PITCH_D:
 553         return "D";
 554     case SCORE_PITCH_Ds:
 555         return "D♯";
 556     case SCORE_PITCH_Dss:
 557         return "D𝄪";
 558     case SCORE_PITCH_Eff:
 559         return "E𝄫";
 560     case SCORE_PITCH_Ef:
 561         return "E♭";
 562     case SCORE_PITCH_E:
 563         return "E";
 564     case SCORE_PITCH_Es:
 565         return "E♯";
 566     case SCORE_PITCH_Ess:
 567         return "E𝄪";
 568     case SCORE_PITCH_Fff:
 569         return "F𝄫";
 570     case SCORE_PITCH_Ff:
 571         return "F♭";
 572     case SCORE_PITCH_F:
 573         return "F";
 574     case SCORE_PITCH_Fs:
 575         return "F♯";
 576     case SCORE_PITCH_Fss:
 577         return "F𝄪";
 578     case SCORE_PITCH_Gff:
 579         return "G𝄫";
 580     case SCORE_PITCH_Gf:
 581         return "G♭";
 582     case SCORE_PITCH_G:
 583         return "G";
 584     case SCORE_PITCH_Gs:
 585         return "G♯";
 586     case SCORE_PITCH_Gss:
 587         return "G𝄪";
 588     case SCORE_PITCH_Aff:
 589         return "A𝄫";
 590     case SCORE_PITCH_Af:
 591         return "A♭";
 592     case SCORE_PITCH_A:
 593         return "A";
 594     case SCORE_PITCH_As:
 595         return "A♯";
 596     case SCORE_PITCH_Ass:
 597         return "A𝄪";
 598     case SCORE_PITCH_Bff:
 599         return "B𝄫";
 600     case SCORE_PITCH_Bf:
 601         return "B♭";
 602     case SCORE_PITCH_B:
 603         return "B";
 604     case SCORE_PITCH_Bs:
 605         return "B♯";
 606     case SCORE_PITCH_Bss:
 607         return "B𝄪";
 608     }
 609
 610     fprintf (stderr, "Internal error: Unknown pitch %d\n", pitch);
 611     exit (1);
 612 }
 613
 614 static void
 615 scherzo_analyze_chord (scherzo_t *scherzo)
 616 {
 617     void *local = talloc_new (NULL);
 618     analyzed_note_t *notes;
 619     note_group_t *note_group;
 620     unsigned i, j, num_notes;
 621     int bass_pitch, inversion;
 622     score_pitch_t root;
 623     const char *chord_name = NULL;
 624
 625     if (scherzo->pedal_pressed)
 626         note_group = &scherzo->notes_pedaled;
 627     else
 628         note_group = &scherzo->notes_pressed;
 629
 630     num_notes = note_group->num_notes;
 631
 632     struct { modified_degree_t degrees[1]; const char *name; } octaves[] = {
 633         { {{1, 0}}, " Octave"}
 634     };
 635
 636     struct { modified_degree_t degrees[2]; const char *name; } intervals[] = {
 637         { {{1, 0}, {2, -1}}, " Minor 2nd"},
 638         { {{1, 0}, {2,  0}}, " Major 2nd"},
 639         { {{1, 0}, {3, -1}}, " Minor 3rd"},
 640         { {{1, 0}, {3,  0}}, " Major 3rd"},
 641         { {{1, 0}, {4,  0}}, " Perfect 4th"},
 642         { {{1, 0}, {5, -1}}, " Diminished 5th"},
 643         { {{1, 0}, {5,  0}}, " Perfect 5th"},
 644         { {{1, 0}, {6, -1}}, " Minor 6th"},
 645         { {{1, 0}, {6,  0}}, " Major 6th"},
 646         { {{1, 0}, {7, -1}}, " Minor 7th"},
 647         { {{1, 0}, {7,  0}}, " Major 7th"}
 648     };
 649
 650 /* XXX: The superscript rise value should be relative to the current
 651  * font size. Best would be for pango to support this. See:
 652  *
 653  * https://bugzilla.gnome.org/show_bug.cgi?id=708780
 654  *
 655  * For now, these are emipirically-derived values that look reasonable
 656  * at the default size that score.c is using to draw the staff. If the
 657  * user scales the staff up or down then these will look wrong.
 658  */
 659
 660 #define SUP "<span font='33' rise='30000'>"
 661 #define PUS "</span>"
 662
 663     struct { modified_degree_t degrees[3]; const char *name; } triads[] = {
 664         { {{1, 0}, {3,  0}, {5, +1}}, SUP "+" PUS },
 665         { {{1, 0}, {3,  0}, {5,  0}}, "" },
 666         { {{1, 0}, {3, -1}, {5,  0}}, "m" },
 667         { {{1, 0}, {3, -1}, {5, -1}}, "°" }
 668     };
 669
 670     struct { modified_degree_t degrees[4]; const char *name; } tetrachords[] = {
 671         /* Sixth chords */
 672         { {{1, 0}, {3,  0}, {5,  0}, {6,  0}}, "6" },
 673         { {{1, 0}, {3, -1}, {5,  0}, {6,  0}}, "m6" },
 674         /* Seventh chords */
 675         { {{1, 0}, {3,  0}, {5, +1}, {7,  0}}, SUP "+M7" PUS },
 676         { {{1, 0}, {3,  0}, {5, +1}, {7, -1}}, SUP "+7" PUS },
 677         { {{1, 0}, {3,  0}, {5,  0}, {7,  0}}, "M7" },
 678         { {{1, 0}, {3,  0}, {5,  0}, {7, -1}}, "7" },
 679         { {{1, 0}, {3,  0}, {5, -1}, {7, -1}}, SUP "7♭5" PUS },
 680         { {{1, 0}, {3, -1}, {5,  0}, {7,  0}}, "m" SUP "M7" PUS },
 681         { {{1, 0}, {3, -1}, {5,  0}, {7, -1}}, "m7" },
 682         { {{1, 0}, {3, -1}, {5, -1}, {7,  0}}, "°" SUP "M7" PUS },
 683         { {{1, 0}, {3, -1}, {5, -1}, {7, -1}}, "𝆩" SUP "7" PUS },
 684         { {{1, 0}, {3, -1}, {5, -1}, {7, -2}}, "°" SUP "7" PUS }
 685     };
 686
 687     if (scherzo->chord) {
 688         score_remove_chord (scherzo->chord);
 689         scherzo->chord = NULL;
 690     }
 691
 692     if (num_notes <= 1)
 693         goto DONE;
 694
 695     notes = talloc_array (local, analyzed_note_t, num_notes);
 696     if (notes == NULL)
 697         goto DONE;
 698
 699     for (i = 0; i < num_notes; i++) {
 700         score_note_t *note = note_group->notes[i];
 701         notes[i].note = note;
 702         notes[i].midi_pitch = _score_pitch_and_octave_to_midi (note->pitch,
 703                                                                note->octave);
 704         /* Relative pitch will be filled in after sorting. */
 705         notes[i].relative_pitch = 0;
 706     }
 707
 708     /* First, sort by midi pitch to find the bass note. */
 709     qsort (notes, num_notes, sizeof (analyzed_note_t),
 710            _compare_analyzed_note_by_midi_pitch);
 711
 712     bass_pitch = notes[0].midi_pitch;
 713
 714     /* With the bass note identified, we can find all relative pitches. */
 715     for (i = 0; i < num_notes; i++) {
 716         notes[i].relative_pitch = notes[i].midi_pitch - bass_pitch;
 717         while (notes[i].relative_pitch >= 12)
 718             notes[i].relative_pitch -= 12;
 719     }
 720
 721     /* Now, sort again by relative pitch. */
 722     qsort (notes, num_notes, sizeof (analyzed_note_t),
 723            _compare_analyzed_note_by_relative_pitch);
 724
 725     /* Finally, eliminate all duplicate notes. */
 726     for (i = 0; i < num_notes - 1; i++) {
 727             if (notes[i+1].relative_pitch == notes[i].relative_pitch) {
 728                     j = i+1;
 729                     while (j < num_notes &&
 730                            notes[j].relative_pitch == notes[i].relative_pitch)
 731                     {
 732                             j++;
 733                     }
 734                     /* The loop incremented j one past the last
 735                      * duplicate. Decrement so that it points to the
 736                      * last duplicate (and is guaranteed to not exceed
 737                      * the array bounds).*/
 738                     j--;
 739
 740                     if (j < num_notes - 1) {
 741                             memmove (&notes[i+1], &notes[j+1],
 742                                      (num_notes - j) * sizeof (analyzed_note_t));
 743                     }
 744
 745                     num_notes -= (j - i);
 746             }
 747     }
 748
 749     for (inversion = 0; inversion < 4; inversion++) {
 750         switch (num_notes) {
 751         case 1:
 752             for (i = 0; i < ARRAY_SIZE (octaves); i++) {
 753                 if (_chord_signature_matches (notes, num_notes,
 754                                               octaves[i].degrees, 1,
 755                                               inversion, &root))
 756                 {
 757                     chord_name = octaves[i].name;
 758                     goto CHORD_NAME_KNOWN;
 759                 }
 760             }
 761             break;
 762         case 2:
 763             for (i = 0; i < ARRAY_SIZE (intervals); i++) {
 764                 if (_chord_signature_matches (notes, num_notes,
 765                                               intervals[i].degrees, 2,
 766                                               inversion, &root))
 767                 {
 768                     chord_name = intervals[i].name;
 769                     goto CHORD_NAME_KNOWN;
 770                 }
 771             }
 772             break;
 773         case 3:
 774             for (i = 0; i < ARRAY_SIZE (triads); i++) {
 775                 if (_chord_signature_matches (notes, num_notes,
 776                                               triads[i].degrees, 3,
 777                                               inversion, &root))
 778                 {
 779                     chord_name = triads[i].name;
 780                     goto CHORD_NAME_KNOWN;
 781                 }
 782             }
 783             break;
 784         case 4:
 785             for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(tetrachords); i++) {
 786                 if (_chord_signature_matches (notes, num_notes,
 787                                               tetrachords[i].degrees, 4,
 788                                               inversion, &root))
 789                 {
 790                     chord_name = tetrachords[i].name;
 791                     goto CHORD_NAME_KNOWN;
 792                 }
 793             }
 794             break;
 795         }
 796     }
 797     CHORD_NAME_KNOWN:
 798
 799     if (chord_name) {
 800         if (inversion) {
 801             const char *inversion_str;
 802             switch (inversion) {
 803             case 1:
 804                 inversion_str = "1st inversion";
 805                 break;
 806             case 2:
 807                 inversion_str = "2nd inversion";
 808                 break;
 809             case 3:
 810                 inversion_str = "3rd inversion";
 811                 break;
 812             default:
 813                 fprintf (stderr, "Internal error: Unexpected inversion: %d\n",
 814                          inversion);
 815                 exit(1);
 816             }
 817             chord_name = talloc_asprintf (local, "%s%s %s",
 818                                           _pitch_str (root),
 819                                           chord_name, inversion_str);
 820         } else {
 821             chord_name = talloc_asprintf (local, "%s%s",
 822                                           _pitch_str (root),
 823                                           chord_name);
 824         }
 825     } else {
 826         chord_name = talloc_strdup (local, "Unknown chord");
 827     }
 828
 829     scherzo->chord = score_add_chord (scherzo->treble, chord_name);
 830
 831 DONE:
 832     talloc_free (local);
 833 }
 834
 835 static void
 836 note_group_init (void *ctx, note_group_t *group)
 837 {
 838     group->ctx = ctx;
 839     group->notes = NULL;
 840     group->size = 0;
 841     group->num_notes = 0;
 842 }
 843
 844 static void
 845 note_group_add_note (note_group_t *group, score_note_t *note)
 846 {
 847     int i;
 848
 849     /* Do nothing if note is already in group. */
 850     for (i = 0; i < group->num_notes; i++) {
 851         if (group->notes[i]->pitch == note->pitch &&
 852             group->notes[i]->octave == note->octave)
 853         {
 854             return;
 855         }
 856     }
 857
 858     group->num_notes++;
 859
 860     if (group->num_notes > group->size) {
 861         group->size++;
 862         group->notes = talloc_realloc (group->ctx, group->notes,
 863                                        score_note_t*, group->size);
 864
 865         if (group->notes == NULL) {
 866             fprintf (stderr, "Out of memory.\n");
 867             exit (1);
 868         }
 869     }
 870
 871     group->notes[group->num_notes - 1] = note;
 872 }
 873
 874 static void
 875 note_group_remove_note_at (note_group_t *group, int i)
 876 {
 877     if (i >= group->num_notes) {
 878         fprintf (stderr, "Internal error: No note to remove at index %d\n", i);
 879         exit (1);
 880     }
 881
 882     if (i < group->num_notes - 1) {
 883         memmove (group->notes + i, group->notes + i + 1,
 884                  (group->num_notes - 1 - i) * sizeof (score_note_t*));
 885     }
 886     group->num_notes--;
 887 }
 888
 889 static score_note_t *
 890 scherzo_press_note (scherzo_t *scherzo, score_pitch_t pitch, int octave)
 891 {
 892     score_staff_t *staff;
 893     score_note_t *note;
 894     int i;
 895
 896     if (scherzo->challenge.note) {
 897         staff = scherzo->challenge.staff;
 898     } else if (octave >= 4) {
 899         staff = scherzo->treble;
 900     } else {
 901         staff = scherzo->bass;
 902     }
 903
 904     /* Do nothing if this note is already pressed. */
 905     for (i = 0; i < scherzo->notes_pressed.num_notes; i++) {
 906         if (scherzo->notes_pressed.notes[i]->pitch == pitch &&
 907             scherzo->notes_pressed.notes[i]->octave == octave)
 908         {
 909             return scherzo->notes_pressed.notes[i];
 910         }
 911     }
 912
 913     note = score_add_note (staff, pitch, octave, SCORE_DURATION_WHOLE);
 914
 915     note_group_add_note (&scherzo->notes_pressed, note);
 916
 917     if (scherzo->pedal_pressed)
 918         note_group_add_note (&scherzo->notes_pedaled, note);
 919
 920     scherzo_analyze_chord (scherzo);
 921
 922     return note;
 923 }
 924
 925 static void
 926 scherzo_release_note (scherzo_t *scherzo, score_pitch_t pitch, int octave)
 927 {
 928     score_note_t *note;
 929     int i;
 930     int found = 0;
 931
 932     for (i = scherzo->notes_pressed.num_notes - 1; i >=0; i--) {
 933         note = scherzo->notes_pressed.notes[i];
 934         if (note->pitch == pitch && note->octave == octave) {
 935             found = 1;
 936             if (! scherzo->pedal_pressed)
 937                 score_remove_note (note);
 938             note_group_remove_note_at (&scherzo->notes_pressed, i);
 939         }
 940     }
 941
 942     if (found == 0) {
 943         fprintf (stderr, "Internal error: Failed to find note to release.\n");
 944     }
 945
 946     scherzo_analyze_chord (scherzo);
 947 }
 948
 949 static score_note_t *
 950 scherzo_press_note_midi (scherzo_t *scherzo, unsigned char midi_note)
 951 {
 952     score_pitch_t pitch;
 953     int octave;
 954
 955     _midi_to_score_pitch_and_octave (midi_note, &pitch, &octave);
 956
 957     return scherzo_press_note (scherzo, pitch, octave);
 958 }
 959
 960 static void
 961 scherzo_release_note_midi (scherzo_t *scherzo, unsigned char midi_note)
 962 {
 963     score_pitch_t pitch;
 964     int octave;
 965
 966     _midi_to_score_pitch_and_octave (midi_note, &pitch, &octave);
 967
 968     scherzo_release_note (scherzo, pitch, octave);
 969 }
 970
 971 static void
 972 scherzo_press_pedal (scherzo_t *scherzo)
 973 {
 974     int i;
 975
 976     scherzo->pedal_pressed = 1;
 977
 978     /* Copy all pressed notes to pedaled notes */
 979     for (i = 0; i < scherzo->notes_pressed.num_notes; i++)
 980         note_group_add_note (&scherzo->notes_pedaled, scherzo->notes_pressed.notes[i]);
 981 }
 982
 983 static void
 984 scherzo_release_pedal (scherzo_t *scherzo)
 985 {
 986     score_note_t *note, *new_note;
 987     int i;
 988
 989     /* Make new notes in score for all pressed notes. */
 990     for (i = 0; i < scherzo->notes_pressed.num_notes; i++) {
 991         note = scherzo->notes_pressed.notes[i];
 992         new_note = score_add_note (note->staff, note->pitch, note->octave, note->duration);
 993         scherzo->notes_pressed.notes[i] = new_note;
 994     }
 995
 996     /* Then remove all previously pedaled notes from the score. */
 997     for (i = scherzo->notes_pedaled.num_notes - 1; i >=0; i--) {
 998         note = scherzo->notes_pedaled.notes[i];
 999         score_remove_note (note);
1000         note_group_remove_note_at (&scherzo->notes_pedaled, i);
1001     }
1002
1003     scherzo->pedal_pressed = 0;
1004
1005     scherzo_analyze_chord (scherzo);
1006
1007     gtk_widget_queue_draw (scherzo->window);
1008 }
1009
1010 void
1011 _select_challenge (scherzo_t *scherzo)
1012 {
1013     category_t *category_unused;
1014     bool_t introduced_unused;
1015     item_t *item;
1016     challenge_t *challenge = &scherzo->challenge;
1017     score_pitch_t pitch;
1018     int octave;
1019     char *s;
1020
1021     if (challenge->note) {
1022         score_remove_note (challenge->note);
1023         challenge->note = NULL;
1024     }
1025
1026     mnemon_select_item (&scherzo->mnemon,
1027                         &challenge->bin,
1028                         &challenge->item_index,
1029                         &category_unused,
1030                         &introduced_unused);
1031
1032     item = challenge->bin->items[challenge->item_index];
1033
1034     s = item->challenge;
1035     if (strncmp (s, "treble:", 7) == 0) {
1036         s += 7;
1037         challenge->staff = scherzo->treble;
1038     } else if (strncmp (s, "bass:", 5) == 0) {
1039         s += 5;
1040         challenge->staff = scherzo->bass;
1041     } else {
1042         fprintf (stderr,
1043                  "Malformed staff name: %s (expected 'treble:' or 'bass:')\n",
1044                  s);
1045         exit (1);
1046     }
1047
1048     switch (*s) {
1049     case 'C':
1050         pitch = SCORE_PITCH_C;
1051         break;
1052     case 'D':
1053         pitch = SCORE_PITCH_D;
1054         break;
1055     case 'E':
1056         pitch = SCORE_PITCH_E;
1057         break;
1058     case 'F':
1059         pitch = SCORE_PITCH_F;
1060         break;
1061     case 'G':
1062         pitch = SCORE_PITCH_G;
1063         break;
1064     case 'A':
1065         pitch = SCORE_PITCH_A;
1066         break;
1067     case 'B':
1068         pitch = SCORE_PITCH_B;
1069         break;
1070     default:
1071         fprintf (stderr, "Malformed pitch name: %s (expected 'A' - 'G')\n", s);
1072         exit (1);
1073     }
1074     s++;
1075
1076     if (*s < '0' || *s > '9') {
1077         fprintf (stderr, "Malformed octave number: %s (expected '0' - '9')\n", s);
1078         exit (1);
1079     }
1080
1081     octave = *s - '0';
1082
1083     challenge->note = score_add_note (challenge->staff, pitch, octave,
1084                                       SCORE_DURATION_WHOLE);
1085     challenge->satisfied = 0;
1086     challenge->mistaken = 0;
1087 }
1088
1089 /* Determine whether the user hit the correct note. */
1090 static void
1091 _judge_note (scherzo_t *scherzo, score_note_t *note)
1092 {
1093     challenge_t *challenge = &scherzo->challenge;
1094
1095     if (! scherzo->challenge.note) {
1096         score_set_note_color_rgb (note, 0.0, 0.0, 0.0); /* black */
1097         return;
1098     }
1099
1100     if (note->pitch == challenge->note->pitch &&
1101         note->octave == challenge->note->octave)
1102     {
1103         challenge->satisfied = 1;
1104         score_set_note_color_rgb (note, 18/256., 130/256., 28/256.); /* green */
1105     }
1106     else
1107     {
1108         challenge->mistaken = 1;
1109         score_set_note_color_rgb (note, 184/256., 4/256., 22/256.); /* red */
1110     }
1111 }
1112
1113 /* If the user got the right note (eventually), then score it in
1114  * mnemon and show the next note. */
1115 static void
1116 _score_challenge (scherzo_t *scherzo)
1117 {
1118     challenge_t *challenge = &scherzo->challenge;
1119
1120     if (! challenge->note)
1121         return;
1122
1123     if (! challenge->satisfied)
1124         return;
1125
1126     mnemon_score_item (&scherzo->mnemon, challenge->bin, challenge->item_index,
1127                        ! challenge->mistaken);
1128
1129     _select_challenge (scherzo);
1130 }
1131
1132 static int
1133 on_midi_input (unused (GIOChannel *channel),
1134                unused (GIOCondition condition),
1135                void *user_data)
1136 {
1137     unsigned char buf[MIDI_BUF_SIZE], *next;
1138     scherzo_t *scherzo = user_data;
1139     ssize_t remaining;
1140     snd_seq_event_t event;
1141     score_note_t *note;
1142     int need_redraw = FALSE;
1143
1144     remaining = read (scherzo->midi_fd, buf, MIDI_BUF_SIZE);
1145
1146     next = buf;
1147     while (remaining) {
1148         long consumed;
1149
1150         consumed = snd_midi_event_encode (scherzo->snd_midi_event,
1151                                           next, remaining, &event);
1152
1153         remaining -= consumed;
1154         next += consumed;
1155
1156         switch (event.type) {
1157         case SND_SEQ_EVENT_NONE:
1158             /* Incomplete event. Nothing to do. */
1159             break;
1160         case SND_SEQ_EVENT_NOTEON:
1161             note = scherzo_press_note_midi (scherzo, event.data.note.note);
1162             _judge_note (scherzo, note);
1163             need_redraw = TRUE;
1164             break;
1165         case SND_SEQ_EVENT_NOTEOFF:
1166             scherzo_release_note_midi (scherzo, event.data.note.note);
1167             _score_challenge (scherzo);
1168             need_redraw = TRUE;
1169             break;
1170         case SND_SEQ_EVENT_CLOCK:
1171             /* Ignore for now as my piano sends a constant stream of these. */
1172             break;
1173         case SND_SEQ_EVENT_SENSING:
1174             /* Ignore for now as my piano sends a constant stream of these. */
1175             break;
1176         case SND_SEQ_EVENT_CONTROLLER:
1177             /* XXX: My piano gives me 64 for the sustain pedal, is
1178              * that universal? */
1179             if (event.data.control.param == 64) {
1180                 if (event.data.control.value == 0)
1181                     scherzo_release_pedal (scherzo);
1182                 else
1183                     scherzo_press_pedal (scherzo);
1184             } else {
1185                 fprintf (stderr, "Fixme: Unhandled MIDI Control event (param=%d, value=%d)\n",
1186                          event.data.control.param, event.data.control.value);
1187             }
1188             break;
1189         default:
1190             fprintf (stderr, "Fixme: Do not yet know how to handle MIDI event %d\n",
1191                      event.type);
1192             break;
1193         }
1194     }
1195
1196     if (need_redraw)
1197         gtk_widget_queue_draw (scherzo->window);
1198
1199     /* Return TRUE to continue to get called in the future. */
1200     return TRUE;
1201 }
1202
1203 int
1204 main (int argc, char *argv[])
1205 {
1206     GtkWidget *drawing_area;
1207     scherzo_t scherzo;
1208     int err;
1209
1210     srand (time (NULL));
1211
1212     gtk_init (&argc, &argv);
1213
1214     scherzo.ctx = talloc_new (NULL);
1215
1216     scherzo.score = score_create (scherzo.ctx);
1217     scherzo.staff_height = 100;
1218     score_set_staff_height (scherzo.score, scherzo.staff_height);
1219
1220     score_add_brace (scherzo.score, 2);
1221     scherzo.treble = score_add_staff (scherzo.score, SCORE_CLEF_G);
1222     scherzo.bass = score_add_staff (scherzo.score, SCORE_CLEF_F);
1223
1224     scherzo.chord = NULL;
1225
1226     /* Default to octave 4 and natural for computer keyboard keypresses. */
1227     scherzo.keyboard_octave = 4;
1228     scherzo.keyboard_accidental = SCORE_PITCH_ACCIDENTAL_NATURAL;
1229
1230     note_group_init (scherzo.ctx, &scherzo.notes_pressed);
1231     note_group_init (scherzo.ctx, &scherzo.notes_pedaled);
1232
1233     scherzo.pedal_pressed = 0;
1234
1235     mnemon_init (&scherzo.mnemon);
1236     /* XXX: Should create a default file if one cannot be loaded. */
1237     mnemon_load_category (&scherzo.mnemon, "scherzo-notes");
1238
1239     scherzo.challenge.note = NULL;
1240 /*
1241     _select_challenge (&scherzo);
1242 */
1243
1244     err = snd_midi_event_new (MIDI_BUF_SIZE, &scherzo.snd_midi_event);
1245     if (err) {
1246         fprintf (stderr, "Out of memory.\n");
1247         return 1;
1248     }
1249
1250 #define MIDI_DEVICE "/dev/midi1"
1251     scherzo.midi_fd = open (MIDI_DEVICE, O_RDONLY);
1252     if (scherzo.midi_fd < 0) {
1253         printf ("failed to open " MIDI_DEVICE ". Midi input will not be available.\n");
1254     } else {
1255         GIOChannel *channel;
1256
1257         channel = g_io_channel_unix_new (scherzo.midi_fd);
1258         g_io_channel_set_encoding (channel, NULL, NULL);
1259         g_io_add_watch (channel, G_IO_IN, on_midi_input, &scherzo);
1260     }
1261
1262     scherzo.window = gtk_window_new (GTK_WINDOW_TOPLEVEL);
1263
1264     gtk_window_set_default_size (GTK_WINDOW (scherzo.window), 1000, 600);
1265
1266     g_signal_connect (scherzo.window, "delete-event",
1267                       G_CALLBACK (on_delete_event_quit), NULL);
1268
1269     drawing_area = gtk_drawing_area_new ();
1270
1271     gtk_container_add (GTK_CONTAINER (scherzo.window), drawing_area);
1272
1273     g_signal_connect (drawing_area, "expose-event",
1274                       G_CALLBACK (on_expose_event_draw),
1275                       &scherzo);
1276
1277     g_signal_connect (scherzo.window, "key-press-event",
1278                       G_CALLBACK (on_key_press_event),
1279                       &scherzo);
1280
1281     g_signal_connect (scherzo.window, "key-release-event",
1282                       G_CALLBACK (on_key_release_event),
1283                       &scherzo);
1284
1285     gtk_widget_show_all (scherzo.window);
1286
1287     gtk_main ();
1288
1289     mnemon_save (&scherzo.mnemon);
1290
1291     snd_midi_event_free (scherzo.snd_midi_event);
1292
1293     talloc_free (scherzo.ctx);
1294
1295     return 0;
1296 }