git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/bitboard.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) 2008-2010 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 <algorithm>
  21 #include <cstring>
  22 #include <iostream>
  23
  24 #include "bitboard.h"
  25 #include "bitcount.h"
  26 #include "rkiss.h"
  27
  28 Bitboard RMasks[64];
  29 Bitboard RMagics[64];
  30 Bitboard* RAttacks[64];
  31 int RShifts[64];
  32
  33 Bitboard BMasks[64];
  34 Bitboard BMagics[64];
  35 Bitboard* BAttacks[64];
  36 int BShifts[64];
  37
  38 Bitboard SetMaskBB[65];
  39 Bitboard ClearMaskBB[65];
  40
  41 Bitboard SquaresByColorBB[2];
  42 Bitboard FileBB[8];
  43 Bitboard RankBB[8];
  44 Bitboard NeighboringFilesBB[8];
  45 Bitboard ThisAndNeighboringFilesBB[8];
  46 Bitboard InFrontBB[2][8];
  47 Bitboard StepAttacksBB[16][64];
  48 Bitboard BetweenBB[64][64];
  49 Bitboard SquaresInFrontMask[2][64];
  50 Bitboard PassedPawnMask[2][64];
  51 Bitboard AttackSpanMask[2][64];
  52
  53 Bitboard BishopPseudoAttacks[64];
  54 Bitboard RookPseudoAttacks[64];
  55 Bitboard QueenPseudoAttacks[64];
  56
  57 uint8_t BitCount8Bit[256];
  58 int SquareDistance[64][64];
  59
  60 namespace {
  61
  62   CACHE_LINE_ALIGNMENT
  63
  64   int BSFTable[64];
  65   Bitboard RookTable[0x19000];  // Storage space for rook attacks
  66   Bitboard BishopTable[0x1480]; // Storage space for bishop attacks
  67
  68   void init_magic_bitboards(PieceType pt, Bitboard* attacks[], Bitboard magics[],
  69                             Bitboard masks[], int shifts[]);
  70 }
  71
  72
  73 /// print_bitboard() prints a bitboard in an easily readable format to the
  74 /// standard output. This is sometimes useful for debugging.
  75
  76 void print_bitboard(Bitboard b) {
  77
  78   for (Rank r = RANK_8; r >= RANK_1; r--)
  79   {
  80       std::cout << "+---+---+---+---+---+---+---+---+" << '\n';
  81       for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; f++)
  82           std::cout << "| " << (bit_is_set(b, make_square(f, r)) ? "X " : "  ");
  83
  84       std::cout << "|\n";
  85   }
  86   std::cout << "+---+---+---+---+---+---+---+---+" << std::endl;
  87 }
  88
  89
  90 /// first_1() finds the least significant nonzero bit in a nonzero bitboard.
  91 /// pop_1st_bit() finds and clears the least significant nonzero bit in a
  92 /// nonzero bitboard.
  93
  94 #if defined(IS_64BIT) && !defined(USE_BSFQ)
  95
  96 Square first_1(Bitboard b) {
  97   return Square(BSFTable[((b & -b) * 0x218A392CD3D5DBFULL) >> 58]);
  98 }
  99
 100 Square pop_1st_bit(Bitboard* b) {
 101   Bitboard bb = *b;
 102   *b &= (*b - 1);
 103   return Square(BSFTable[((bb & -bb) * 0x218A392CD3D5DBFULL) >> 58]);
 104 }
 105
 106 #elif !defined(USE_BSFQ)
 107
 108 Square first_1(Bitboard b) {
 109   b ^= (b - 1);
 110   uint32_t fold = unsigned(b) ^ unsigned(b >> 32);
 111   return Square(BSFTable[(fold * 0x783A9B23) >> 26]);
 112 }
 113
 114 // Use type-punning
 115 union b_union {
 116
 117     Bitboard b;
 118     struct {
 119 #if defined (BIGENDIAN)
 120         uint32_t h;
 121         uint32_t l;
 122 #else
 123         uint32_t l;
 124         uint32_t h;
 125 #endif
 126     } dw;
 127 };
 128
 129 Square pop_1st_bit(Bitboard* bb) {
 130
 131    b_union u;
 132    Square ret;
 133
 134    u.b = *bb;
 135
 136    if (u.dw.l)
 137    {
 138        ret = Square(BSFTable[((u.dw.l ^ (u.dw.l - 1)) * 0x783A9B23) >> 26]);
 139        u.dw.l &= (u.dw.l - 1);
 140        *bb = u.b;
 141        return ret;
 142    }
 143    ret = Square(BSFTable[((~(u.dw.h ^ (u.dw.h - 1))) * 0x783A9B23) >> 26]);
 144    u.dw.h &= (u.dw.h - 1);
 145    *bb = u.b;
 146    return ret;
 147 }
 148
 149 #endif // !defined(USE_BSFQ)
 150
 151
 152 /// bitboards_init() initializes various bitboard arrays. It is called during
 153 /// program initialization.
 154
 155 void bitboards_init() {
 156
 157   for (Bitboard b = 0; b < 256; b++)
 158       BitCount8Bit[b] = (uint8_t)count_1s<CNT32_MAX15>(b);
 159
 160   SquaresByColorBB[DARK]  =  0xAA55AA55AA55AA55ULL;
 161   SquaresByColorBB[LIGHT] = ~SquaresByColorBB[DARK];
 162
 163   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
 164   {
 165       SetMaskBB[s] = 1ULL << s;
 166       ClearMaskBB[s] = ~SetMaskBB[s];
 167   }
 168
 169   ClearMaskBB[SQ_NONE] = ~0ULL;
 170
 171   FileBB[FILE_A] = FileABB;
 172   RankBB[RANK_1] = Rank1BB;
 173
 174   for (int f = FILE_B; f <= FILE_H; f++)
 175   {
 176       FileBB[f] = FileBB[f - 1] << 1;
 177       RankBB[f] = RankBB[f - 1] << 8;
 178   }
 179
 180   for (int f = FILE_A; f <= FILE_H; f++)
 181   {
 182       NeighboringFilesBB[f] = (f > FILE_A ? FileBB[f - 1] : 0) | (f < FILE_H ? FileBB[f + 1] : 0);
 183       ThisAndNeighboringFilesBB[f] = FileBB[f] | NeighboringFilesBB[f];
 184   }
 185
 186   for (int rw = RANK_7, rb = RANK_2; rw >= RANK_1; rw--, rb++)
 187   {
 188       InFrontBB[WHITE][rw] = InFrontBB[WHITE][rw + 1] | RankBB[rw + 1];
 189       InFrontBB[BLACK][rb] = InFrontBB[BLACK][rb - 1] | RankBB[rb - 1];
 190   }
 191
 192   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
 193       for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
 194       {
 195           SquaresInFrontMask[c][s] = in_front_bb(c, s) & file_bb(s);
 196           PassedPawnMask[c][s]     = in_front_bb(c, s) & this_and_neighboring_files_bb(file_of(s));
 197           AttackSpanMask[c][s]     = in_front_bb(c, s) & neighboring_files_bb(file_of(s));
 198       }
 199
 200   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; s1++)
 201       for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; s2++)
 202           SquareDistance[s1][s2] = std::max(file_distance(s1, s2), rank_distance(s1, s2));
 203
 204   for (int i = 0; i < 64; i++)
 205       if (!CpuIs64Bit) // Matt Taylor's folding trick for 32 bit systems
 206       {
 207           Bitboard b = 1ULL << i;
 208           b ^= b - 1;
 209           b ^= b >> 32;
 210           BSFTable[uint32_t(b * 0x783A9B23) >> 26] = i;
 211       }
 212       else
 213           BSFTable[((1ULL << i) * 0x218A392CD3D5DBFULL) >> 58] = i;
 214
 215   int steps[][9] = { {}, { 7, 9 }, { 17, 15, 10, 6, -6, -10, -15, -17 },
 216                      {}, {}, {}, { 9, 7, -7, -9, 8, 1, -1, -8 } };
 217
 218   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
 219       for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
 220           for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
 221               for (int k = 0; steps[pt][k]; k++)
 222               {
 223                   Square to = s + Square(c == WHITE ? steps[pt][k] : -steps[pt][k]);
 224
 225                   if (square_is_ok(to) && square_distance(s, to) < 3)
 226                       set_bit(&StepAttacksBB[make_piece(c, pt)][s], to);
 227               }
 228
 229   init_magic_bitboards(ROOK, RAttacks, RMagics, RMasks, RShifts);
 230   init_magic_bitboards(BISHOP, BAttacks, BMagics, BMasks, BShifts);
 231
 232   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
 233   {
 234       BishopPseudoAttacks[s] = bishop_attacks_bb(s, 0);
 235       RookPseudoAttacks[s]   = rook_attacks_bb(s, 0);
 236       QueenPseudoAttacks[s]  = queen_attacks_bb(s, 0);
 237   }
 238
 239   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; s1++)
 240       for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; s2++)
 241           if (bit_is_set(QueenPseudoAttacks[s1], s2))
 242           {
 243               Square delta = (s2 - s1) / square_distance(s1, s2);
 244
 245               for (Square s = s1 + delta; s != s2; s += delta)
 246                   set_bit(&BetweenBB[s1][s2], s);
 247           }
 248 }
 249
 250
 251 namespace {
 252
 253   Bitboard sliding_attacks(PieceType pt, Square sq, Bitboard occupied) {
 254
 255     Square deltas[][4] = { { DELTA_N,  DELTA_E,  DELTA_S,  DELTA_W  },
 256                            { DELTA_NE, DELTA_SE, DELTA_SW, DELTA_NW } };
 257     Bitboard attacks = 0;
 258     Square* delta = (pt == ROOK ? deltas[0] : deltas[1]);
 259
 260     for (int i = 0; i < 4; i++)
 261     {
 262         Square s = sq + delta[i];
 263
 264         while (square_is_ok(s) && square_distance(s, s - delta[i]) == 1)
 265         {
 266             set_bit(&attacks, s);
 267
 268             if (bit_is_set(occupied, s))
 269                 break;
 270
 271             s += delta[i];
 272         }
 273     }
 274     return attacks;
 275   }
 276
 277
 278   Bitboard pick_random(Bitboard mask, RKISS& rk, int booster) {
 279
 280     Bitboard magic;
 281
 282     // Values s1 and s2 are used to rotate the candidate magic of a
 283     // quantity known to be the optimal to quickly find the magics.
 284     int s1 = booster & 63, s2 = (booster >> 6) & 63;
 285
 286     while (true)
 287     {
 288         magic = rk.rand<Bitboard>();
 289         magic = (magic >> s1) | (magic << (64 - s1));
 290         magic &= rk.rand<Bitboard>();
 291         magic = (magic >> s2) | (magic << (64 - s2));
 292         magic &= rk.rand<Bitboard>();
 293
 294         if (BitCount8Bit[(mask * magic) >> 56] >= 6)
 295             return magic;
 296     }
 297   }
 298
 299
 300   // init_magic_bitboards() computes all rook and bishop magics at startup.
 301   // Magic bitboards are used to look up attacks of sliding pieces. As reference
 302   // see chessprogramming.wikispaces.com/Magic+Bitboards. In particular, here we
 303   // use the so called "fancy" approach.
 304
 305   void init_magic_bitboards(PieceType pt, Bitboard* attacks[], Bitboard magics[],
 306                             Bitboard masks[], int shifts[]) {
 307
 308     int MagicBoosters[][8] = { { 3191, 2184, 1310, 3618, 2091, 1308, 2452, 3996 },
 309                                { 1059, 3608,  605, 3234, 3326,   38, 2029, 3043 } };
 310     RKISS rk;
 311     Bitboard occupancy[4096], reference[4096], edges, b;
 312     int i, size, index, booster;
 313
 314     // attacks[s] is a pointer to the beginning of the attacks table for square 's'
 315     attacks[SQ_A1] = (pt == ROOK ? RookTable : BishopTable);
 316
 317     for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
 318     {
 319         // Board edges are not considered in the relevant occupancies
 320         edges = ((Rank1BB | Rank8BB) & ~rank_bb(s)) | ((FileABB | FileHBB) & ~file_bb(s));
 321
 322         // Given a square 's', the mask is the bitboard of sliding attacks from
 323         // 's' computed on an empty board. The index must be big enough to contain
 324         // all the attacks for each possible subset of the mask and so is 2 power
 325         // the number of 1s of the mask. Hence we deduce the size of the shift to
 326         // apply to the 64 or 32 bits word to get the index.
 327         masks[s]  = sliding_attacks(pt, s, 0) & ~edges;
 328         shifts[s] = (CpuIs64Bit ? 64 : 32) - count_1s<CNT32_MAX15>(masks[s]);
 329
 330         // Use Carry-Rippler trick to enumerate all subsets of masks[s] and
 331         // store the corresponding sliding attacks bitboard in reference[].
 332         b = size = 0;
 333         do {
 334             occupancy[size] = b;
 335             reference[size++] = sliding_attacks(pt, s, b);
 336             b = (b - masks[s]) & masks[s];
 337         } while (b);
 338
 339         // Set the offset for the table of the next square. We have individual
 340         // table sizes for each square with "Fancy Magic Bitboards".
 341         if (s < SQ_H8)
 342             attacks[s + 1] = attacks[s] + size;
 343
 344         booster = MagicBoosters[CpuIs64Bit][rank_of(s)];
 345
 346         // Find a magic for square 's' picking up an (almost) random number
 347         // until we find the one that passes the verification test.
 348         do {
 349             magics[s] = pick_random(masks[s], rk, booster);
 350             memset(attacks[s], 0, size * sizeof(Bitboard));
 351
 352             // A good magic must map every possible occupancy to an index that
 353             // looks up the correct sliding attack in the attacks[s] database.
 354             // Note that we build up the database for square 's' as a side
 355             // effect of verifying the magic.
 356             for (i = 0; i < size; i++)
 357             {
 358                 index = (pt == ROOK ? rook_index(s, occupancy[i])
 359                                     : bishop_index(s, occupancy[i]));
 360
 361                 if (!attacks[s][index])
 362                     attacks[s][index] = reference[i];
 363
 364                 else if (attacks[s][index] != reference[i])
 365                     break;
 366             }
 367         } while (i != size);
 368     }
 369   }
 370 }