25570e12a4b54a63f57e194e585caeca02f58368
[stockfish] / src / bitbase.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2016 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <numeric>
24 #include <vector>
25
26 #include "bitboard.h"
27 #include "types.h"
28
29 namespace {
30
31   // There are 24 possible pawn squares: the first 4 files and ranks from 2 to 7
32   const unsigned MAX_INDEX = 2*24*64*64; // stm * psq * wksq * bksq = 196608
33
34   // Each uint32_t stores results of 32 positions, one per bit
35   uint32_t KPKBitbase[MAX_INDEX / 32];
36
37   // A KPK bitbase index is an integer in [0, IndexMax] range
38   //
39   // Information is mapped in a way that minimizes the number of iterations:
40   //
41   // bit  0- 5: white king square (from SQ_A1 to SQ_H8)
42   // bit  6-11: black king square (from SQ_A1 to SQ_H8)
43   // bit    12: side to move (WHITE or BLACK)
44   // bit 13-14: white pawn file (from FILE_A to FILE_D)
45   // bit 15-17: white pawn RANK_7 - rank (from RANK_7 - RANK_7 to RANK_7 - RANK_2)
46   unsigned index(Color us, Square bksq, Square wksq, Square psq) {
47     return wksq | (bksq << 6) | (us << 12) | (file_of(psq) << 13) | ((RANK_7 - rank_of(psq)) << 15);
48   }
49
50   enum Result {
51     INVALID = 0,
52     UNKNOWN = 1,
53     DRAW    = 2,
54     WIN     = 4
55   };
56
57   Result& operator|=(Result& r, Result v) { return r = Result(r | v); }
58
59   struct KPKPosition {
60     KPKPosition() = default;
61     explicit KPKPosition(unsigned idx);
62     operator Result() const { return result; }
63     Result classify(const std::vector<KPKPosition>& db)
64     { return us == WHITE ? classify<WHITE>(db) : classify<BLACK>(db); }
65
66     template<Color Us> Result classify(const std::vector<KPKPosition>& db);
67
68     Color us;
69     Square ksq[COLOR_NB], psq;
70     Result result;
71   };
72
73 } // namespace
74
75
76 bool Bitbases::probe(Square wksq, Square wpsq, Square bksq, Color us) {
77
78   assert(file_of(wpsq) <= FILE_D);
79
80   unsigned idx = index(us, bksq, wksq, wpsq);
81   return KPKBitbase[idx / 32] & (1 << (idx & 0x1F));
82 }
83
84
85 void Bitbases::init() {
86
87   std::vector<KPKPosition> db(MAX_INDEX);
88   unsigned idx, repeat = 1;
89
90   // Initialize db with known win / draw positions
91   for (idx = 0; idx < MAX_INDEX; ++idx)
92       db[idx] = KPKPosition(idx);
93
94   // Iterate through the positions until none of the unknown positions can be
95   // changed to either wins or draws (15 cycles needed).
96   while (repeat)
97       for (repeat = idx = 0; idx < MAX_INDEX; ++idx)
98           repeat |= (db[idx] == UNKNOWN && db[idx].classify(db) != UNKNOWN);
99
100   // Map 32 results into one KPKBitbase[] entry
101   for (idx = 0; idx < MAX_INDEX; ++idx)
102       if (db[idx] == WIN)
103           KPKBitbase[idx / 32] |= 1 << (idx & 0x1F);
104 }
105
106
107 namespace {
108
109   KPKPosition::KPKPosition(unsigned idx) {
110
111     ksq[WHITE] = Square((idx >>  0) & 0x3F);
112     ksq[BLACK] = Square((idx >>  6) & 0x3F);
113     us         = Color ((idx >> 12) & 0x01);
114     psq        = make_square(File((idx >> 13) & 0x3), RANK_7 - Rank((idx >> 15) & 0x7));
115
116     // Check if two pieces are on the same square or if a king can be captured
117     if (   distance(ksq[WHITE], ksq[BLACK]) <= 1
118         || ksq[WHITE] == psq
119         || ksq[BLACK] == psq
120         || (us == WHITE && (StepAttacksBB[PAWN][psq] & ksq[BLACK])))
121         result = INVALID;
122
123     // Immediate win if a pawn can be promoted without getting captured
124     else if (   us == WHITE
125              && rank_of(psq) == RANK_7
126              && ksq[us] != psq + DELTA_N
127              && (    distance(ksq[~us], psq + DELTA_N) > 1
128                  || (StepAttacksBB[KING][ksq[us]] & (psq + DELTA_N))))
129         result = WIN;
130
131     // Immediate draw if it is a stalemate or a king captures undefended pawn
132     else if (   us == BLACK
133              && (  !(StepAttacksBB[KING][ksq[us]] & ~(StepAttacksBB[KING][ksq[~us]] | StepAttacksBB[PAWN][psq]))
134                  || (StepAttacksBB[KING][ksq[us]] & psq & ~StepAttacksBB[KING][ksq[~us]])))
135         result = DRAW;
136
137     // Position will be classified later
138     else
139         result = UNKNOWN;
140   }
141
142   template<Color Us>
143   Result KPKPosition::classify(const std::vector<KPKPosition>& db) {
144
145     // White to move: If one move leads to a position classified as WIN, the result
146     // of the current position is WIN. If all moves lead to positions classified
147     // as DRAW, the current position is classified as DRAW, otherwise the current
148     // position is classified as UNKNOWN.
149     //
150     // Black to move: If one move leads to a position classified as DRAW, the result
151     // of the current position is DRAW. If all moves lead to positions classified
152     // as WIN, the position is classified as WIN, otherwise the current position is
153     // classified as UNKNOWN.
154
155     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
156     const Result Good = (Us == WHITE ? WIN   : DRAW);
157     const Result Bad  = (Us == WHITE ? DRAW  : WIN);
158
159     Result r = INVALID;
160     Bitboard b = StepAttacksBB[KING][ksq[Us]];
161
162     while (b)
163         r |= Us == WHITE ? db[index(Them, ksq[Them]  , pop_lsb(&b), psq)]
164                          : db[index(Them, pop_lsb(&b), ksq[Them]  , psq)];
165
166     if (Us == WHITE)
167     {
168         if (rank_of(psq) < RANK_7)      // Single push
169             r |= db[index(Them, ksq[Them], ksq[Us], psq + DELTA_N)];
170
171         if (   rank_of(psq) == RANK_2   // Double push
172             && psq + DELTA_N != ksq[Us]
173             && psq + DELTA_N != ksq[Them])
174             r |= db[index(Them, ksq[Them], ksq[Us], psq + DELTA_N + DELTA_N)];
175     }
176
177     return result = r & Good  ? Good  : r & UNKNOWN ? UNKNOWN : Bad;
178   }
179
180 } // namespace