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) 2008-2014 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> // For memset
  22
  23 #include "bitboard.h"
  24 #include "bitcount.h"
  25 #include "rkiss.h"
  26
  27 CACHE_LINE_ALIGNMENT
  28
  29 Bitboard RMasks[SQUARE_NB];
  30 Bitboard RMagics[SQUARE_NB];
  31 Bitboard* RAttacks[SQUARE_NB];
  32 unsigned RShifts[SQUARE_NB];
  33
  34 Bitboard BMasks[SQUARE_NB];
  35 Bitboard BMagics[SQUARE_NB];
  36 Bitboard* BAttacks[SQUARE_NB];
  37 unsigned BShifts[SQUARE_NB];
  38
  39 Bitboard SquareBB[SQUARE_NB];
  40 Bitboard FileBB[FILE_NB];
  41 Bitboard RankBB[RANK_NB];
  42 Bitboard AdjacentFilesBB[FILE_NB];
  43 Bitboard InFrontBB[COLOR_NB][RANK_NB];
  44 Bitboard StepAttacksBB[PIECE_NB][SQUARE_NB];
  45 Bitboard BetweenBB[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
  46 Bitboard LineBB[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
  47 Bitboard DistanceRingsBB[SQUARE_NB][8];
  48 Bitboard ForwardBB[COLOR_NB][SQUARE_NB];
  49 Bitboard PassedPawnMask[COLOR_NB][SQUARE_NB];
  50 Bitboard PawnAttackSpan[COLOR_NB][SQUARE_NB];
  51 Bitboard PseudoAttacks[PIECE_TYPE_NB][SQUARE_NB];
  52
  53 int SquareDistance[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
  54
  55 namespace {
  56
  57   // De Bruijn sequences. See chessprogramming.wikispaces.com/BitScan
  58   const uint64_t DeBruijn_64 = 0x3F79D71B4CB0A89ULL;
  59   const uint32_t DeBruijn_32 = 0x783A9B23;
  60
  61   CACHE_LINE_ALIGNMENT
  62
  63   int MS1BTable[256];
  64   Square BSFTable[SQUARE_NB];
  65   Bitboard RTable[0x19000]; // Storage space for rook attacks
  66   Bitboard BTable[0x1480];  // Storage space for bishop attacks
  67
  68   typedef unsigned (Fn)(Square, Bitboard);
  69
  70   void init_magics(Bitboard table[], Bitboard* attacks[], Bitboard magics[],
  71                    Bitboard masks[], unsigned shifts[], Square deltas[], Fn index);
  72
  73   FORCE_INLINE unsigned bsf_index(Bitboard b) {
  74
  75     // Matt Taylor's folding for 32 bit systems, extended to 64 bits by Kim Walisch
  76     b ^= (b - 1);
  77     return Is64Bit ? (b * DeBruijn_64) >> 58
  78                    : ((unsigned(b) ^ unsigned(b >> 32)) * DeBruijn_32) >> 26;
  79   }
  80 }
  81
  82
  83 /// Intel PEXT (parallel extraction) software implementation
  84 Bitboard pext(Bitboard b, Bitboard mask) {
  85
  86   Bitboard res = 0;
  87
  88   for (Bitboard bb = 1; mask; bb += bb)
  89   {
  90       if (b & mask & -mask)
  91           res |= bb;
  92
  93       mask &= mask - 1;
  94   }
  95   return res;
  96 }
  97
  98
  99 /// lsb()/msb() finds the least/most significant bit in a non-zero bitboard.
 100 /// pop_lsb() finds and clears the least significant bit in a non-zero bitboard.
 101
 102 #ifndef USE_BSFQ
 103
 104 Square lsb(Bitboard b) { return BSFTable[bsf_index(b)]; }
 105
 106 Square pop_lsb(Bitboard* b) {
 107
 108   Bitboard bb = *b;
 109   *b = bb & (bb - 1);
 110   return BSFTable[bsf_index(bb)];
 111 }
 112
 113 Square msb(Bitboard b) {
 114
 115   unsigned b32;
 116   int result = 0;
 117
 118   if (b > 0xFFFFFFFF)
 119   {
 120       b >>= 32;
 121       result = 32;
 122   }
 123
 124   b32 = unsigned(b);
 125
 126   if (b32 > 0xFFFF)
 127   {
 128       b32 >>= 16;
 129       result += 16;
 130   }
 131
 132   if (b32 > 0xFF)
 133   {
 134       b32 >>= 8;
 135       result += 8;
 136   }
 137
 138   return Square(result + MS1BTable[b32]);
 139 }
 140
 141 #endif // ifndef USE_BSFQ
 142
 143
 144 /// Bitboards::pretty() returns an ASCII representation of a bitboard to be
 145 /// printed to standard output. This is sometimes useful for debugging.
 146
 147 const std::string Bitboards::pretty(Bitboard b) {
 148
 149   std::string s = "+---+---+---+---+---+---+---+---+\n";
 150
 151   for (Rank r = RANK_8; r >= RANK_1; --r)
 152   {
 153       for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
 154           s.append(b & make_square(f, r) ? "| X " : "|   ");
 155
 156       s.append("|\n+---+---+---+---+---+---+---+---+\n");
 157   }
 158
 159   return s;
 160 }
 161
 162
 163 /// Bitboards::init() initializes various bitboard tables. It is called at
 164 /// startup and relies on global objects to be already zero-initialized.
 165
 166 void Bitboards::init() {
 167
 168   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
 169       BSFTable[bsf_index(SquareBB[s] = 1ULL << s)] = s;
 170
 171   for (Bitboard b = 1; b < 256; ++b)
 172       MS1BTable[b] = more_than_one(b) ? MS1BTable[b - 1] : lsb(b);
 173
 174   for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
 175       FileBB[f] = f > FILE_A ? FileBB[f - 1] << 1 : FileABB;
 176
 177   for (Rank r = RANK_1; r <= RANK_8; ++r)
 178       RankBB[r] = r > RANK_1 ? RankBB[r - 1] << 8 : Rank1BB;
 179
 180   for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; ++f)
 181       AdjacentFilesBB[f] = (f > FILE_A ? FileBB[f - 1] : 0) | (f < FILE_H ? FileBB[f + 1] : 0);
 182
 183   for (Rank r = RANK_1; r < RANK_8; ++r)
 184       InFrontBB[WHITE][r] = ~(InFrontBB[BLACK][r + 1] = InFrontBB[BLACK][r] | RankBB[r]);
 185
 186   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; ++c)
 187       for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
 188       {
 189           ForwardBB[c][s]      = InFrontBB[c][rank_of(s)] & FileBB[file_of(s)];
 190           PawnAttackSpan[c][s] = InFrontBB[c][rank_of(s)] & AdjacentFilesBB[file_of(s)];
 191           PassedPawnMask[c][s] = ForwardBB[c][s] | PawnAttackSpan[c][s];
 192       }
 193
 194   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; ++s1)
 195       for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; ++s2)
 196           if (s1 != s2)
 197           {
 198               SquareDistance[s1][s2] = std::max(file_distance(s1, s2), rank_distance(s1, s2));
 199               DistanceRingsBB[s1][SquareDistance[s1][s2] - 1] |= s2;
 200           }
 201
 202   int steps[][9] = { {}, { 7, 9 }, { 17, 15, 10, 6, -6, -10, -15, -17 },
 203                      {}, {}, {}, { 9, 7, -7, -9, 8, 1, -1, -8 } };
 204
 205   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; ++c)
 206       for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; ++pt)
 207           for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
 208               for (int i = 0; steps[pt][i]; ++i)
 209               {
 210                   Square to = s + Square(c == WHITE ? steps[pt][i] : -steps[pt][i]);
 211
 212                   if (is_ok(to) && square_distance(s, to) < 3)
 213                       StepAttacksBB[make_piece(c, pt)][s] |= to;
 214               }
 215
 216   Square RDeltas[] = { DELTA_N,  DELTA_E,  DELTA_S,  DELTA_W  };
 217   Square BDeltas[] = { DELTA_NE, DELTA_SE, DELTA_SW, DELTA_NW };
 218
 219   init_magics(RTable, RAttacks, RMagics, RMasks, RShifts, RDeltas, magic_index<ROOK>);
 220   init_magics(BTable, BAttacks, BMagics, BMasks, BShifts, BDeltas, magic_index<BISHOP>);
 221
 222   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; ++s1)
 223   {
 224       PseudoAttacks[QUEEN][s1]  = PseudoAttacks[BISHOP][s1] = attacks_bb<BISHOP>(s1, 0);
 225       PseudoAttacks[QUEEN][s1] |= PseudoAttacks[  ROOK][s1] = attacks_bb<  ROOK>(s1, 0);
 226
 227       for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; ++s2)
 228       {
 229           Piece pc = (PseudoAttacks[BISHOP][s1] & s2) ? W_BISHOP :
 230                      (PseudoAttacks[ROOK][s1]   & s2) ? W_ROOK   : NO_PIECE;
 231
 232           if (pc == NO_PIECE)
 233               continue;
 234
 235           LineBB[s1][s2] = (attacks_bb(pc, s1, 0) & attacks_bb(pc, s2, 0)) | s1 | s2;
 236           BetweenBB[s1][s2] = attacks_bb(pc, s1, SquareBB[s2]) & attacks_bb(pc, s2, SquareBB[s1]);
 237       }
 238   }
 239 }
 240
 241
 242 namespace {
 243
 244   Bitboard sliding_attack(Square deltas[], Square sq, Bitboard occupied) {
 245
 246     Bitboard attack = 0;
 247
 248     for (int i = 0; i < 4; ++i)
 249         for (Square s = sq + deltas[i];
 250              is_ok(s) && square_distance(s, s - deltas[i]) == 1;
 251              s += deltas[i])
 252         {
 253             attack |= s;
 254
 255             if (occupied & s)
 256                 break;
 257         }
 258
 259     return attack;
 260   }
 261
 262
 263   // init_magics() computes all rook and bishop attacks at startup. Magic
 264   // bitboards are used to look up attacks of sliding pieces. As a reference see
 265   // chessprogramming.wikispaces.com/Magic+Bitboards. In particular, here we
 266   // use the so called "fancy" approach.
 267
 268   void init_magics(Bitboard table[], Bitboard* attacks[], Bitboard magics[],
 269                    Bitboard masks[], unsigned shifts[], Square deltas[], Fn index) {
 270
 271     int MagicBoosters[][8] = { {  969, 1976, 2850,  542, 2069, 2852, 1708,  164 },
 272                                { 3101,  552, 3555,  926,  834,   26, 2131, 1117 } };
 273
 274     RKISS rk;
 275     Bitboard occupancy[4096], reference[4096], edges, b;
 276     int i, size, booster;
 277
 278     // attacks[s] is a pointer to the beginning of the attacks table for square 's'
 279     attacks[SQ_A1] = table;
 280
 281     for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
 282     {
 283         // Board edges are not considered in the relevant occupancies
 284         edges = ((Rank1BB | Rank8BB) & ~rank_bb(s)) | ((FileABB | FileHBB) & ~file_bb(s));
 285
 286         // Given a square 's', the mask is the bitboard of sliding attacks from
 287         // 's' computed on an empty board. The index must be big enough to contain
 288         // all the attacks for each possible subset of the mask and so is 2 power
 289         // the number of 1s of the mask. Hence we deduce the size of the shift to
 290         // apply to the 64 or 32 bits word to get the index.
 291         masks[s]  = sliding_attack(deltas, s, 0) & ~edges;
 292         shifts[s] = (Is64Bit ? 64 : 32) - popcount<Max15>(masks[s]);
 293
 294         // Use Carry-Rippler trick to enumerate all subsets of masks[s] and
 295         // store the corresponding sliding attack bitboard in reference[].
 296         b = size = 0;
 297         do {
 298             occupancy[size] = b;
 299             reference[size++] = sliding_attack(deltas, s, b);
 300             b = (b - masks[s]) & masks[s];
 301         } while (b);
 302
 303         // Set the offset for the table of the next square. We have individual
 304         // table sizes for each square with "Fancy Magic Bitboards".
 305         if (s < SQ_H8)
 306             attacks[s + 1] = attacks[s] + size;
 307
 308         booster = MagicBoosters[Is64Bit][rank_of(s)];
 309
 310         // Find a magic for square 's' picking up an (almost) random number
 311         // until we find the one that passes the verification test.
 312         do {
 313             do magics[s] = rk.magic_rand<Bitboard>(booster);
 314             while (popcount<Max15>((magics[s] * masks[s]) >> 56) < 6);
 315
 316             std::memset(attacks[s], 0, size * sizeof(Bitboard));
 317
 318             // A good magic must map every possible occupancy to an index that
 319             // looks up the correct sliding attack in the attacks[s] database.
 320             // Note that we build up the database for square 's' as a side
 321             // effect of verifying the magic.
 322             for (i = 0; i < size; ++i)
 323             {
 324                 Bitboard& attack = attacks[s][index(s, occupancy[i])];
 325
 326                 if (attack && attack != reference[i])
 327                     break;
 328
 329                 assert(reference[i]);
 330
 331                 attack = reference[i];
 332             }
 333         } while (i < size);
 334     }
 335   }
 336 }