Further speed up bitbase generation
[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) 2008-2012 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <cassert>
21 #include <vector>
22
23 #include "bitboard.h"
24 #include "types.h"
25
26 namespace {
27
28   // The possible pawns squares are 24, the first 4 files and ranks from 2 to 7
29   const unsigned IndexMax = 2*24*64*64; // stm * psq * wksq * bksq = 196608
30
31   // Each uint32_t stores results of 32 positions, one per bit
32   uint32_t KPKBitbase[IndexMax / 32];
33
34   // A KPK bitbase index is an integer in [0, IndexMax] range
35   //
36   // Information is mapped in a way that minimizes number of iterations:
37   //
38   // bit  0- 5: white king square (from SQ_A1 to SQ_H8)
39   // bit  6-11: black king square (from SQ_A1 to SQ_H8)
40   // bit    12: side to move (WHITE or BLACK)
41   // bit 13-14: white pawn file (from FILE_A to FILE_D)
42   // bit 15-17: white pawn 6 - rank (from 6 - RANK_7 to 6 - RANK_2)
43   unsigned index(Color us, Square bksq, Square wksq, Square psq) {
44     return wksq + (bksq << 6) + (us << 12) + (file_of(psq) << 13) + ((6 - rank_of(psq)) << 15);
45   }
46
47   enum Result {
48     INVALID = 0,
49     UNKNOWN = 1,
50     DRAW    = 2,
51     WIN     = 4
52   };
53
54   inline Result& operator|=(Result& r, Result v) { return r = Result(r | v); }
55
56   struct KPKPosition {
57
58     operator Result() const { return res; }
59     Result classify_leaf(unsigned idx);
60     Result classify(const std::vector<KPKPosition>& db)
61     { return us == WHITE ? classify<WHITE>(db) : classify<BLACK>(db); }
62
63   private:
64     template<Color Us> Result classify(const std::vector<KPKPosition>& db);
65
66     Color us;
67     Square bksq, wksq, psq;
68     Result res;
69   };
70
71 } // namespace
72
73
74 bool Bitbases::probe_kpk(Square wksq, Square wpsq, Square bksq, Color us) {
75
76   assert(file_of(wpsq) <= FILE_D);
77
78   unsigned idx = index(us, bksq, wksq, wpsq);
79   return KPKBitbase[idx / 32] & (1 << (idx & 0x1F));
80 }
81
82
83 void Bitbases::init_kpk() {
84
85   unsigned idx, repeat = 1;
86   std::vector<KPKPosition> db(IndexMax);
87
88   // Initialize db with known win / draw positions
89   for (idx = 0; idx < IndexMax; idx++)
90       db[idx].classify_leaf(idx);
91
92   // Iterate until all positions are classified (15 cycles needed)
93   while (repeat)
94       for (repeat = idx = 0; idx < IndexMax; idx++)
95           if (db[idx] == UNKNOWN && db[idx].classify(db) != UNKNOWN)
96               repeat = 1;
97
98   // Map 32 results into one KPKBitbase[] entry
99   for (idx = 0; idx < IndexMax; idx++)
100       if (db[idx] == WIN)
101           KPKBitbase[idx / 32] |= 1 << (idx & 0x1F);
102 }
103
104
105 namespace {
106
107   Result KPKPosition::classify_leaf(unsigned idx) {
108
109     wksq = Square((idx >> 0) & 0x3F);
110     bksq = Square((idx >> 6) & 0x3F);
111     us   = Color((idx >> 12) & 0x01);
112     psq  = File((idx >> 13) & 3) | Rank(6 - (idx >> 15));
113
114     // Check if two pieces are on the same square or if a king can be captured
115     if (   wksq == psq || wksq == bksq || bksq == psq
116         || (StepAttacksBB[KING][wksq] & bksq)
117         || (us == WHITE && (StepAttacksBB[PAWN][psq] & bksq)))
118         return res = INVALID;
119
120     if (us == WHITE)
121     {
122         // Immediate win if pawn can be promoted without getting captured
123         if (   rank_of(psq) == RANK_7
124             && wksq != psq + DELTA_N
125             && (   square_distance(bksq, psq + DELTA_N) > 1
126                 ||(StepAttacksBB[KING][wksq] & (psq + DELTA_N))))
127             return res = WIN;
128     }
129     // Immediate draw if is stalemate or king captures undefended pawn
130     else if (  !(StepAttacksBB[KING][bksq] & ~(StepAttacksBB[KING][wksq] | StepAttacksBB[PAWN][psq]))
131              || (StepAttacksBB[KING][bksq] & psq & ~StepAttacksBB[KING][wksq]))
132         return res = DRAW;
133
134     return res = UNKNOWN;
135   }
136
137   template<Color Us>
138   Result KPKPosition::classify(const std::vector<KPKPosition>& db) {
139
140     // White to Move: If one move leads to a position classified as WIN, the result
141     // of the current position is WIN. If all moves lead to positions classified
142     // as DRAW, the current position is classified DRAW otherwise the current
143     // position is classified as UNKNOWN.
144     //
145     // Black to Move: If one move leads to a position classified as DRAW, the result
146     // of the current position is DRAW. If all moves lead to positions classified
147     // as WIN, the position is classified WIN otherwise the current position is
148     // classified UNKNOWN.
149
150     Result r = INVALID;
151     Bitboard b = StepAttacksBB[KING][Us == WHITE ? wksq : bksq];
152
153     while (b)
154         r |= Us == WHITE ? db[index(~Us, bksq, pop_lsb(&b), psq)]
155                          : db[index(~Us, pop_lsb(&b), wksq, psq)];
156
157     if (Us == WHITE && rank_of(psq) < RANK_7)
158     {
159         Square s = psq + DELTA_N;
160         r |= db[index(BLACK, bksq, wksq, s)]; // Single push
161
162         if (rank_of(s) == RANK_3 && s != wksq && s != bksq)
163             r |= db[index(BLACK, bksq, wksq, s + DELTA_N)]; // Double push
164     }
165
166     if (Us == WHITE)
167         return res = r & WIN  ? WIN  : r & UNKNOWN ? UNKNOWN : DRAW;
168     else
169         return res = r & DRAW ? DRAW : r & UNKNOWN ? UNKNOWN : WIN;
170   }
171
172 } // namespace