Advent of Code 2025 using x86 Assembly? Day 4: Printing Department

Day 4: Printing Department

Part 1

You ride the escalator down to the printing department. They're clearly getting ready for Christmas; they have lots of large rolls of paper everywhere, and there's even a massive printer in the corner (to handle the really big print jobs).
 
Decorating here will be easy: they can make their own decorations. What you really need is a way to get further into the North Pole base while the elevators are offline.
 
"Actually, maybe we can help with that," one of the Elves replies when you ask for help. "We're pretty sure there's a cafeteria on the other side of the back wall. If we could break through the wall, you'd be able to keep moving. It's too bad all of our forklifts are so busy moving those big rolls of paper around."
 
If you can optimize the work the forklifts are doing, maybe they would have time to spare to break through the wall.
 
The rolls of paper (@) are arranged on a large grid; the Elves even have a helpful diagram (your puzzle input) indicating where everything is located.
 
For example:
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The forklifts can only access a roll of paper if there are fewer than four rolls of paper in the eight adjacent positions. If you can figure out which rolls of paper the forklifts can access, they'll spend less time looking and more time breaking down the wall to the cafeteria.
 
In this example, there are 13 rolls of paper that can be accessed by a forklift (marked with x):
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Consider your complete diagram of the paper roll locations. How many rolls of paper can be accessed by a forklift?

4/problem/input.txt

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Analyzing the problem, we can clearly observe that the only thing we have to do is to iterate through every position, check if the current position holds a roll of paper and verify if there are fewer than 4 roll of papers in the 8 adjacent positions.

We start by saving the grid into a buffer matrix of length $m \cdot m$ (assume that the grid is always a square). Let’s define dir_x and dir_y to indicate every possible shift from the current position in all 8 directions.

section .data
    dir_x db 0, 0, 1, 1, -1, 1, -1, -1 
    dir_y db 1, -1, 1, -1, 0, 0, 1, -1

For a roll of paper at $(x, y)$ to be accessible by the forklift, the following conditions must hold:

matrix[x \cdot m + y] == @

\sum_{i=0}^{7} (matrix[(x + dir\_x[i]) \cdot m + (y + dir\_y[i])] == @) < 4

excluding the out-of-bound positions.

To determine if a shift in one specific direction is out-of-bound, normally we can use the following simple condition (for example, using Python):

nx = x + dir_x[i]
ny = y + dir_y[i]
 
if nx < 0 or ny < 0 or nx >= m or ny >= m:
    # Skip this shift

However in x86 Assembly, any negative value will be wrapped to a very large integer based on the register/memory region size, for example:

xor rax, rax 
dec rax           ; rax now contains 0xFFFFFFFFFFFFFFFF

To effectively implement the condition for out-of-bound check, we should utilize movsx and jae instruction:

; r10 contains m - the grid height/width
 
movsx rax, byte [dir_x + r15]
add r8, rax 
 
movsx rax, byte [dir_y + r15]
add r9, rax 
 
cmp r8, r10 
jae .next_pos
 
cmp r9, r10 
jae .next_pos

The trick here is that if we use jge instead of jae - in case either r8 or r9 is negative, the processor identifies that a negative value is smaller than r10 (a positive value), thus it does not jump to the label for continuing with the next position.

jae instead makes the processor registers the negative value as a very high positive value, and is definitely above the value in r10. Hence, jae will also catch the negative overflow case.

The rest of solver component is implemented like so:

4/solution/solver.asm

; ----------------------------------------------------------------------
; Component: Solver
; Args: rdi, rsi
; Ret: result += 1 if matrix[x * m + y] == '@' and sum([matrix[(x + dir_x[i]) * m + (y + dir_y[i])] == '@' for each i in [0, 7]]) < 4
 
solver:
    push r8
    push r9
    push r10
    push r11
    push r12 
    push r13
    push r14
    push r15 
 
    mov r10, rsi
    mov r14, rdi 
 
    xor r13, r13
 
.read_loop:
    cmp r13, r14
    je .exit_loop
 
    mov rax, r13 
    xor rdx, rdx
    div r10 
 
    mov r11, rax 
    mov r12, rdx 
 
    movzx rax, byte [matrix + r13]
    cmp rax, '@'
    jne .continue_read_loop
 
    mov qword [adjacent], 0
    xor r15, r15 
 
.dir_loop:
    cmp r15, 8
    je .check_result
    
    mov r8, r11
    mov r9, r12
 
    movsx rax, byte [dir_x + r15]
    add r8, rax 
 
    movsx rax, byte [dir_y + r15]
    add r9, rax 
 
    cmp r8, r10 
    jae .next_pos
 
    cmp r9, r10 
    jae .next_pos
 
    mov rax, r8 
    mul r10 
    add rax, r9
 
    movzx rax, byte [matrix + rax]
    cmp rax, '@'
    jne .next_pos
 
    add qword [adjacent], 1
 
.next_pos:
    inc r15
    jmp .dir_loop
 
.check_result:
    cmp qword [adjacent], 4
    jge .continue_read_loop
 
    add qword [result], 1
 
.continue_read_loop:
    inc r13 
    jmp .read_loop
 
.exit_loop:
    pop r15
    pop r14
    pop r13
    pop r12
    pop r11
    pop r10
    pop r9
    pop r8
    ret

And finally together with the rest of the file, we have the working solution for the challenge.

4/solution/solve.asm

section .data
    filename db "../problem/input.txt", 0
    dir_x db 0, 0, 1, 1, -1, 1, -1, -1 
    dir_y db 1, -1, 1, -1, 0, 0, 1, -1
 
section .bss
    input resb 100000
    matrix resb 20000
    output resb 20
    result resq 1
 
    adjacent resq 1
 
section .text
    global _start
 
_start:
    ; Open input file 
    mov rax, 2
    mov rdi, filename 
    xor rsi, rsi
    xor rdx, rdx
    syscall
    mov rbx, rax
 
    ; Read input file 
    xor rax, rax
    mov rdi, rbx 
    mov rsi, input
    mov rdx, 100000
    syscall
 
    ; Close the file
    mov rax, 3
    mov rdi, rbx
    syscall
 
    ; Split the lines and process them one by one
    mov r8, input
    xor r9, r9
    mov qword [result], 0
 
    mov r15, matrix  
 
reader:
    movzx rax, byte [r8]
    test rax, rax 
    je solve_part
 
    cmp rax, 10 
    jne continue_reader 
 
    inc r8
    inc r9 
    jmp reader
 
continue_reader:
    mov [r15], rax 
    inc r8 
    inc r15 
    jmp reader
 
solve_part:
    mov rdi, r15 
    sub rdi, matrix
    mov rsi, r9
    call solver 
    
    ; Print result to stdout 
    mov rdi, qword [result] 
    call print_int
 
    ; Exit the program
    mov rax, 60
    xor rdi, rdi
    syscall
 
; ----------------------------------------------------------------------
; Component: Print Integer
; Args: rdi
 
print_int:
    mov rax, rdi
    mov rcx, output
    add rcx, 19
    mov byte [rcx], 10
    mov rbx, 10
 
.loop:
    dec rcx
    xor rdx, rdx
    div rbx
    add dl, '0'
    mov [rcx], dl
    test rax, rax
    jnz .loop
 
    ; Calculate length
    mov rdx, output
    add rdx, 20
    sub rdx, rcx
 
    ; Print
    mov rax, 1
    mov rdi, 1
    mov rsi, rcx
    syscall
    ret
 
; ----------------------------------------------------------------------
; Component: Solver
; Args: rdi, rsi
; Ret: result += 1 if matrix[x * m + y] == '@' and sum([matrix[(x + dir_x[i]) * m + (y + dir_y[i])] == '@' for each i in [0, 7]]) < 4
 
solver:
    push r8
    push r9
    push r10
    push r11
    push r12 
    push r13
    push r14
    push r15 
 
    mov r10, rsi
    mov r14, rdi 
 
    xor r13, r13
 
.read_loop:
    cmp r13, r14
    je .exit_loop
 
    mov rax, r13 
    xor rdx, rdx
    div r10 
 
    mov r11, rax 
    mov r12, rdx 
 
    movzx rax, byte [matrix + r13]
    cmp rax, '@'
    jne .continue_read_loop
 
    mov qword [adjacent], 0
    xor r15, r15 
 
.dir_loop:
    cmp r15, 8
    je .check_result
    
    mov r8, r11
    mov r9, r12
 
    movsx rax, byte [dir_x + r15]
    add r8, rax 
 
    movsx rax, byte [dir_y + r15]
    add r9, rax 
 
    cmp r8, r10 
    jae .next_pos
 
    cmp r9, r10 
    jae .next_pos
 
    mov rax, r8 
    mul r10 
    add rax, r9
 
    movzx rax, byte [matrix + rax]
    cmp rax, '@'
    jne .next_pos
 
    add qword [adjacent], 1
 
.next_pos:
    inc r15
    jmp .dir_loop
 
.check_result:
    cmp qword [adjacent], 4
    jge .continue_read_loop
 
    add qword [result], 1
 
.continue_read_loop:
    inc r13 
    jmp .read_loop
 
.exit_loop:
    pop r15
    pop r14
    pop r13
    pop r12
    pop r11
    pop r10
    pop r9
    pop r8
    ret

The result of this puzzle is 1395.

Part 2

Now, the Elves just need help accessing as much of the paper as they can.
 
Once a roll of paper can be accessed by a forklift, it can be removed. Once a roll of paper is removed, the forklifts might be able to access more rolls of paper, which they might also be able to remove. How many total rolls of paper could the Elves remove if they keep repeating this process?
 
Starting with the same example as above, here is one way you could remove as many rolls of paper as possible, using highlighted @ to indicate that a roll of paper is about to be removed, and using x to indicate that a roll of paper was just removed:
 
Initial state:
..@@.@@@@.
@@@.@.@.@@
@@@@@.@.@@
@.@@@@..@.
@@.@@@@.@@
.@@@@@@@.@
.@.@.@.@@@
@.@@@.@@@@
.@@@@@@@@.
@.@.@@@.@.
 
Remove 13 rolls of paper:
..xx.xx@x.
x@@.@.@.@@
@@@@@.x.@@
@.@@@@..@.
x@.@@@@.@x
.@@@@@@@.@
.@.@.@.@@@
x.@@@.@@@@
.@@@@@@@@.
x.x.@@@.x.
 
Remove 12 rolls of paper:
.......x..
.@@.x.x.@x
x@@@@...@@
x.@@@@..x.
.@.@@@@.x.
.x@@@@@@.x
.x.@.@.@@@
..@@@.@@@@
.x@@@@@@@.
....@@@...
 
Remove 7 rolls of paper:
..........
.x@.....x.
.@@@@...xx
..@@@@....
.x.@@@@...
..@@@@@@..
...@.@.@@x
..@@@.@@@@
..x@@@@@@.
....@@@...
 
Remove 5 rolls of paper:
..........
..x.......
.x@@@.....
..@@@@....
...@@@@...
..x@@@@@..
...@.@.@@.
..x@@.@@@x
...@@@@@@.
....@@@...
 
Remove 2 rolls of paper:
..........
..........
..x@@.....
..@@@@....
...@@@@...
...@@@@@..
...@.@.@@.
...@@.@@@.
...@@@@@x.
....@@@...
 
Remove 1 roll of paper:
..........
..........
...@@.....
..x@@@....
...@@@@...
...@@@@@..
...@.@.@@.
...@@.@@@.
...@@@@@..
....@@@...
 
Remove 1 roll of paper:
..........
..........
...x@.....
...@@@....
...@@@@...
...@@@@@..
...@.@.@@.
...@@.@@@.
...@@@@@..
....@@@...
 
Remove 1 roll of paper:
..........
..........
....x.....
...@@@....
...@@@@...
...@@@@@..
...@.@.@@.
...@@.@@@.
...@@@@@..
....@@@...
 
Remove 1 roll of paper:
..........
..........
..........
...x@@....
...@@@@...
...@@@@@..
...@.@.@@.
...@@.@@@.
...@@@@@..
....@@@...
 
Stop once no more rolls of paper are accessible by a forklift. In this example, a total of 43 rolls of paper can be removed.
 
Start with your original diagram. How many rolls of paper in total can be removed by the Elves and their forklifts?

TL;DR: Every time a roll of paper is accessible by the forklift, we remove such roll - which may enable accessibility for more rolls of paper.

To solve this problem is a very easy task. We just need to update our previous solver logic to loop until no more roll of paper is accessible, while replacing each to-be-removed roll of paper with . to indicate an empty position.

4/solution/solver.asm

; ----------------------------------------------------------------------
; Component: Solver
; Args: rdi, rsi
; Ret: result += 1 if matrix[x * m + y] == '@' and sum([matrix[(x + dir_x[i]) * m + (y + dir_y[i])] == '@' for each i in [0, 7]]) < 4
 
solver:
    push rbx
    push r8
    push r9
    push r10
    push r11
    push r12 
    push r13
    push r14
    push r15 
 
    mov r10, rsi
    mov r14, rdi 
 
.forklift_again:
    mov rbx, qword [result]
    xor r13, r13
 
.read_loop:
    cmp r13, r14
    je .exit_loop
 
    mov rax, r13 
    xor rdx, rdx
    div r10 
 
    mov r11, rax 
    mov r12, rdx 
 
    movzx rax, byte [matrix + r13]
    cmp rax, '@'
    jne .continue_read_loop
 
    mov qword [adjacent], 0
    xor r15, r15 
 
.dir_loop:
    cmp r15, 8
    je .check_result
    
    mov r8, r11
    mov r9, r12
 
    movsx rax, byte [dir_x + r15]
    add r8, rax 
 
    movsx rax, byte [dir_y + r15]
    add r9, rax 
 
    cmp r8, r10 
    jae .next_pos
 
    cmp r9, r10 
    jae .next_pos
 
    mov rax, r8 
    mul r10 
    add rax, r9
 
    movzx rax, byte [matrix + rax]
    cmp rax, '@'
    jne .next_pos
 
    add qword [adjacent], 1
 
.next_pos:
    inc r15
    jmp .dir_loop
 
.check_result:
    cmp qword [adjacent], 4
    jge .continue_read_loop
 
    add qword [result], 1
    mov byte [matrix + r13], '.'
 
.continue_read_loop:
    inc r13 
    jmp .read_loop
 
.exit_loop:
    cmp rbx, qword [result]
    jne .forklift_again

    pop r15
    pop r14
    pop r13
    pop r12
    pop r11
    pop r10
    pop r9
    pop r8
    pop rbx
    ret

This results in the following update full solution.

4/solution/solve.asm

section .data
    filename db "../problem/input.txt", 0
    dir_x db 0, 0, 1, 1, -1, 1, -1, -1 
    dir_y db 1, -1, 1, -1, 0, 0, 1, -1
 
section .bss
    input resb 100000
    matrix resb 20000
    output resb 20
    result resq 1
 
    adjacent resq 1
 
section .text
    global _start
 
_start:
    ; Open input file 
    mov rax, 2
    mov rdi, filename 
    xor rsi, rsi
    xor rdx, rdx
    syscall
    mov rbx, rax
 
    ; Read input file 
    xor rax, rax
    mov rdi, rbx 
    mov rsi, input
    mov rdx, 100000
    syscall
 
    ; Close the file
    mov rax, 3
    mov rdi, rbx
    syscall
 
    ; Split the lines and process them one by one
    mov r8, input
    xor r9, r9
    mov qword [result], 0
 
    mov r15, matrix  
 
reader:
    movzx rax, byte [r8]
    test rax, rax 
    je solve_part
 
    cmp rax, 10 
    jne continue_reader 
 
    inc r8
    inc r9 
    jmp reader
 
continue_reader:
    mov [r15], rax 
    inc r8 
    inc r15 
    jmp reader
 
solve_part:
    mov rdi, r15 
    sub rdi, matrix
    mov rsi, r9
    call solver 
    
    ; Print result to stdout 
    mov rdi, qword [result] 
    call print_int
 
    ; Exit the program
    mov rax, 60
    xor rdi, rdi
    syscall
 
; ----------------------------------------------------------------------
; Component: Print Integer
; Args: rdi
 
print_int:
    mov rax, rdi
    mov rcx, output
    add rcx, 19
    mov byte [rcx], 10
    mov rbx, 10
 
.loop:
    dec rcx
    xor rdx, rdx
    div rbx
    add dl, '0'
    mov [rcx], dl
    test rax, rax
    jnz .loop
 
    ; Calculate length
    mov rdx, output
    add rdx, 20
    sub rdx, rcx
 
    ; Print
    mov rax, 1
    mov rdi, 1
    mov rsi, rcx
    syscall
    ret
 
; ----------------------------------------------------------------------
; Component: Solver
; Args: rdi, rsi
; Ret: result += 1 if matrix[x * m + y] == '@' and sum([matrix[(x + dir_x[i]) * m + (y + dir_y[i])] == '@' for each i in [0, 7]]) < 4
 
solver:
    push rbx
    push r8
    push r9
    push r10
    push r11
    push r12 
    push r13
    push r14
    push r15 
 
    mov r10, rsi
    mov r14, rdi 
 
.forklift_again:
    mov rbx, qword [result]
    xor r13, r13
 
.read_loop:
    cmp r13, r14
    je .exit_loop
 
    mov rax, r13 
    xor rdx, rdx
    div r10 
 
    mov r11, rax 
    mov r12, rdx 
 
    movzx rax, byte [matrix + r13]
    cmp rax, '@'
    jne .continue_read_loop
 
    mov qword [adjacent], 0
    xor r15, r15 
 
.dir_loop:
    cmp r15, 8
    je .check_result
    
    mov r8, r11
    mov r9, r12
 
    movsx rax, byte [dir_x + r15]
    add r8, rax 
 
    movsx rax, byte [dir_y + r15]
    add r9, rax 
 
    cmp r8, r10 
    jae .next_pos
 
    cmp r9, r10 
    jae .next_pos
 
    mov rax, r8 
    mul r10 
    add rax, r9
 
    movzx rax, byte [matrix + rax]
    cmp rax, '@'
    jne .next_pos
 
    add qword [adjacent], 1
 
.next_pos:
    inc r15
    jmp .dir_loop
 
.check_result:
    cmp qword [adjacent], 4
    jge .continue_read_loop
 
    add qword [result], 1
    mov byte [matrix + r13], '.'
 
.continue_read_loop:
    inc r13 
    jmp .read_loop
 
.exit_loop:
    cmp rbx, qword [result]
    jne .forklift_again
 
    pop r15
    pop r14
    pop r13
    pop r12
    pop r11
    pop r10
    pop r9
    pop r8
    pop rbx
    ret

Which, returns 8451 as the final result for the second part of this challenge.

Table of Contents

Day 4: Printing Department

Part 1

Part 2

Advent of Code 2025