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) 2008-2013 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 <sstream>
  23
  24 #include "bitboard.h"
  25 #include "bitcount.h"
  26 #include "rkiss.h"
  27
  28 CACHE_LINE_ALIGNMENT
  29
  30 Bitboard RMasks[SQUARE_NB];
  31 Bitboard RMagics[SQUARE_NB];
  32 Bitboard* RAttacks[SQUARE_NB];
  33 unsigned RShifts[SQUARE_NB];
  34
  35 Bitboard BMasks[SQUARE_NB];
  36 Bitboard BMagics[SQUARE_NB];
  37 Bitboard* BAttacks[SQUARE_NB];
  38 unsigned BShifts[SQUARE_NB];
  39
  40 Bitboard SquareBB[SQUARE_NB];
  41 Bitboard FileBB[FILE_NB];
  42 Bitboard RankBB[RANK_NB];
  43 Bitboard AdjacentFilesBB[FILE_NB];
  44 Bitboard InFrontBB[COLOR_NB][RANK_NB];
  45 Bitboard StepAttacksBB[PIECE_NB][SQUARE_NB];
  46 Bitboard BetweenBB[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
  47 Bitboard LineBB[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
  48 Bitboard DistanceRingsBB[SQUARE_NB][8];
  49 Bitboard ForwardBB[COLOR_NB][SQUARE_NB];
  50 Bitboard PassedPawnMask[COLOR_NB][SQUARE_NB];
  51 Bitboard PawnAttackSpan[COLOR_NB][SQUARE_NB];
  52 Bitboard PseudoAttacks[PIECE_TYPE_NB][SQUARE_NB];
  53
  54 int SquareDistance[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
  55
  56 namespace {
  57
  58   // De Bruijn sequences. See chessprogramming.wikispaces.com/BitScan
  59   const uint64_t DeBruijn_64 = 0x3F79D71B4CB0A89ULL;
  60   const uint32_t DeBruijn_32 = 0x783A9B23;
  61
  62   CACHE_LINE_ALIGNMENT
  63
  64   int MS1BTable[256];
  65   Square BSFTable[SQUARE_NB];
  66   Bitboard RTable[0x19000]; // Storage space for rook attacks
  67   Bitboard BTable[0x1480];  // Storage space for bishop attacks
  68
  69   typedef unsigned (Fn)(Square, Bitboard);
  70
  71   void init_magics(Bitboard table[], Bitboard* attacks[], Bitboard magics[],
  72                    Bitboard masks[], unsigned shifts[], Square deltas[], Fn index);
  73
  74   FORCE_INLINE unsigned bsf_index(Bitboard b) {
  75
  76     // Matt Taylor's folding for 32 bit systems, extended to 64 bits by Kim Walisch
  77     b ^= (b - 1);
  78     return Is64Bit ? (b * DeBruijn_64) >> 58
  79                    : ((unsigned(b) ^ unsigned(b >> 32)) * DeBruijn_32) >> 26;
  80   }
  81 }
  82
  83 /// lsb()/msb() finds the least/most significant bit in a non-zero bitboard.
  84 /// pop_lsb() finds and clears the least significant bit in a non-zero bitboard.
  85
  86 #ifndef USE_BSFQ
  87
  88 Square lsb(Bitboard b) { return BSFTable[bsf_index(b)]; }
  89
  90 Square pop_lsb(Bitboard* b) {
  91
  92   Bitboard bb = *b;
  93   *b = bb & (bb - 1);
  94   return BSFTable[bsf_index(bb)];
  95 }
  96
  97 Square msb(Bitboard b) {
  98
  99   unsigned b32;
 100   int result = 0;
 101
 102   if (b > 0xFFFFFFFF)
 103   {
 104       b >>= 32;
 105       result = 32;
 106   }
 107
 108   b32 = unsigned(b);
 109
 110   if (b32 > 0xFFFF)
 111   {
 112       b32 >>= 16;
 113       result += 16;
 114   }
 115
 116   if (b32 > 0xFF)
 117   {
 118       b32 >>= 8;
 119       result += 8;
 120   }
 121
 122   return (Square)(result + MS1BTable[b32]);
 123 }
 124
 125 #endif // ifndef USE_BSFQ
 126
 127
 128 /// Bitboards::pretty() returns an ASCII representation of a bitboard to be
 129 /// printed to standard output. This is sometimes useful for debugging.
 130
 131 const std::string Bitboards::pretty(Bitboard b) {
 132
 133   std::ostringstream ss;
 134
 135   for (Rank rank = RANK_8; rank >= RANK_1; --rank)
 136   {
 137       ss << "+---+---+---+---+---+---+---+---+" << '\n';
 138
 139       for (File file = FILE_A; file <= FILE_H; ++file)
 140           ss << "| " << (b & (file | rank) ? "X " : "  ");
 141
 142       ss << "|\n";
 143   }
 144   ss << "+---+---+---+---+---+---+---+---+";
 145   return ss.str();
 146 }
 147
 148
 149 /// Bitboards::init() initializes various bitboard arrays. It is called during
 150 /// program initialization.
 151
 152 void Bitboards::init() {
 153
 154   for (int k = 0, i = 0; i < 8; ++i)
 155       while (k < (2 << i))
 156           MS1BTable[k++] = i;
 157
 158   for (int i = 0; i < 64; ++i)
 159       BSFTable[bsf_index(1ULL << i)] = Square(i);
 160
 161   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
 162       SquareBB[s] = 1ULL << s;
 163
 164   FileBB[FILE_A] = FileABB;
 165   RankBB[RANK_1] = Rank1BB;
 166
 167   for (int i = 1; i < 8; ++i)
 168   {
 169       FileBB[i] = FileBB[i - 1] << 1;
 170       RankBB[i] = RankBB[i - 1] << 8;
 171   }
 172
 173   for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
 174       AdjacentFilesBB[f] = (f > FILE_A ? FileBB[f - 1] : 0) | (f < FILE_H ? FileBB[f + 1] : 0);
 175
 176   for (Rank r = RANK_1; r < RANK_8; ++r)
 177       InFrontBB[WHITE][r] = ~(InFrontBB[BLACK][r + 1] = InFrontBB[BLACK][r] | RankBB[r]);
 178
 179   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; ++c)
 180       for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
 181       {
 182           ForwardBB[c][s]      = InFrontBB[c][rank_of(s)] & FileBB[file_of(s)];
 183           PawnAttackSpan[c][s] = InFrontBB[c][rank_of(s)] & AdjacentFilesBB[file_of(s)];
 184           PassedPawnMask[c][s] = ForwardBB[c][s] | PawnAttackSpan[c][s];
 185       }
 186
 187   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; ++s1)
 188       for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; ++s2)
 189       {
 190           SquareDistance[s1][s2] = std::max(file_distance(s1, s2), rank_distance(s1, s2));
 191           if (s1 != s2)
 192              DistanceRingsBB[s1][SquareDistance[s1][s2] - 1] |= s2;
 193       }
 194
 195   int steps[][9] = { {}, { 7, 9 }, { 17, 15, 10, 6, -6, -10, -15, -17 },
 196                      {}, {}, {}, { 9, 7, -7, -9, 8, 1, -1, -8 } };
 197
 198   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; ++c)
 199       for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; ++pt)
 200           for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
 201               for (int i = 0; steps[pt][i]; ++i)
 202               {
 203                   Square to = s + Square(c == WHITE ? steps[pt][i] : -steps[pt][i]);
 204
 205                   if (is_ok(to) && square_distance(s, to) < 3)
 206                       StepAttacksBB[make_piece(c, pt)][s] |= to;
 207               }
 208
 209   Square RDeltas[] = { DELTA_N,  DELTA_E,  DELTA_S,  DELTA_W  };
 210   Square BDeltas[] = { DELTA_NE, DELTA_SE, DELTA_SW, DELTA_NW };
 211
 212   init_magics(RTable, RAttacks, RMagics, RMasks, RShifts, RDeltas, magic_index<ROOK>);
 213   init_magics(BTable, BAttacks, BMagics, BMasks, BShifts, BDeltas, magic_index<BISHOP>);
 214
 215   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; ++s1)
 216   {
 217       PseudoAttacks[QUEEN][s1]  = PseudoAttacks[BISHOP][s1] = attacks_bb<BISHOP>(s1, 0);
 218       PseudoAttacks[QUEEN][s1] |= PseudoAttacks[  ROOK][s1] = attacks_bb<  ROOK>(s1, 0);
 219
 220       for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; ++s2)
 221       {
 222           Piece pc = (PseudoAttacks[BISHOP][s1] & s2) ? W_BISHOP :
 223                      (PseudoAttacks[ROOK][s1]   & s2) ? W_ROOK   : NO_PIECE;
 224
 225           if (pc == NO_PIECE)
 226               continue;
 227
 228           LineBB[s1][s2] = (attacks_bb(pc, s1, 0) & attacks_bb(pc, s2, 0)) | s1 | s2;
 229           BetweenBB[s1][s2] = attacks_bb(pc, s1, SquareBB[s2]) & attacks_bb(pc, s2, SquareBB[s1]);
 230       }
 231   }
 232 }
 233
 234
 235 namespace {
 236
 237   Bitboard sliding_attack(Square deltas[], Square sq, Bitboard occupied) {
 238
 239     Bitboard attack = 0;
 240
 241     for (int i = 0; i < 4; ++i)
 242         for (Square s = sq + deltas[i];
 243              is_ok(s) && square_distance(s, s - deltas[i]) == 1;
 244              s += deltas[i])
 245         {
 246             attack |= s;
 247
 248             if (occupied & s)
 249                 break;
 250         }
 251
 252     return attack;
 253   }
 254
 255
 256   Bitboard pick_random(RKISS& rk, int booster) {
 257
 258     // Values s1 and s2 are used to rotate the candidate magic of a
 259     // quantity known to be optimal to quickly find the magics.
 260     int s1 = booster & 63, s2 = (booster >> 6) & 63;
 261
 262     Bitboard m = rk.rand<Bitboard>();
 263     m = (m >> s1) | (m << (64 - s1));
 264     m &= rk.rand<Bitboard>();
 265     m = (m >> s2) | (m << (64 - s2));
 266     return m & rk.rand<Bitboard>();
 267   }
 268
 269
 270   // init_magics() computes all rook and bishop attacks at startup. Magic
 271   // bitboards are used to look up attacks of sliding pieces. As a reference see
 272   // chessprogramming.wikispaces.com/Magic+Bitboards. In particular, here we
 273   // use the so called "fancy" approach.
 274
 275   void init_magics(Bitboard table[], Bitboard* attacks[], Bitboard magics[],
 276                    Bitboard masks[], unsigned shifts[], Square deltas[], Fn index) {
 277
 278     int MagicBoosters[][8] = { { 3191, 2184, 1310, 3618, 2091, 1308, 2452, 3996 },
 279                                { 1059, 3608,  605, 3234, 3326,   38, 2029, 3043 } };
 280     RKISS rk;
 281     Bitboard occupancy[4096], reference[4096], edges, b;
 282     int i, size, booster;
 283
 284     // attacks[s] is a pointer to the beginning of the attacks table for square 's'
 285     attacks[SQ_A1] = table;
 286
 287     for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
 288     {
 289         // Board edges are not considered in the relevant occupancies
 290         edges = ((Rank1BB | Rank8BB) & ~rank_bb(s)) | ((FileABB | FileHBB) & ~file_bb(s));
 291
 292         // Given a square 's', the mask is the bitboard of sliding attacks from
 293         // 's' computed on an empty board. The index must be big enough to contain
 294         // all the attacks for each possible subset of the mask and so is 2 power
 295         // the number of 1s of the mask. Hence we deduce the size of the shift to
 296         // apply to the 64 or 32 bits word to get the index.
 297         masks[s]  = sliding_attack(deltas, s, 0) & ~edges;
 298         shifts[s] = (Is64Bit ? 64 : 32) - popcount<Max15>(masks[s]);
 299
 300         // Use Carry-Rippler trick to enumerate all subsets of masks[s] and
 301         // store the corresponding sliding attack bitboard in reference[].
 302         b = size = 0;
 303         do {
 304             occupancy[size] = b;
 305             reference[size++] = sliding_attack(deltas, s, b);
 306             b = (b - masks[s]) & masks[s];
 307         } while (b);
 308
 309         // Set the offset for the table of the next square. We have individual
 310         // table sizes for each square with "Fancy Magic Bitboards".
 311         if (s < SQ_H8)
 312             attacks[s + 1] = attacks[s] + size;
 313
 314         booster = MagicBoosters[Is64Bit][rank_of(s)];
 315
 316         // Find a magic for square 's' picking up an (almost) random number
 317         // until we find the one that passes the verification test.
 318         do {
 319             do magics[s] = pick_random(rk, booster);
 320             while (popcount<Max15>((magics[s] * masks[s]) >> 56) < 6);
 321
 322             std::memset(attacks[s], 0, size * sizeof(Bitboard));
 323
 324             // A good magic must map every possible occupancy to an index that
 325             // looks up the correct sliding attack in the attacks[s] database.
 326             // Note that we build up the database for square 's' as a side
 327             // effect of verifying the magic.
 328             for (i = 0; i < size; ++i)
 329             {
 330                 Bitboard& attack = attacks[s][index(s, occupancy[i])];
 331
 332                 if (attack && attack != reference[i])
 333                     break;
 334
 335                 assert(reference[i] != 0);
 336
 337                 attack = reference[i];
 338             }
 339         } while (i != size);
 340     }
 341   }
 342 }