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) 2008-2012 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 <algorithm>
  21 #include <cstring>
  22 #include <iostream>
  23
  24 #include "bitboard.h"
  25 #include "bitcount.h"
  26 #include "rkiss.h"
  27
  28 CACHE_LINE_ALIGNMENT
  29
  30 Bitboard RMasks[64];
  31 Bitboard RMagics[64];
  32 Bitboard* RAttacks[64];
  33 unsigned RShifts[64];
  34
  35 Bitboard BMasks[64];
  36 Bitboard BMagics[64];
  37 Bitboard* BAttacks[64];
  38 unsigned BShifts[64];
  39
  40 Bitboard SquareBB[64];
  41 Bitboard FileBB[8];
  42 Bitboard RankBB[8];
  43 Bitboard AdjacentFilesBB[8];
  44 Bitboard ThisAndAdjacentFilesBB[8];
  45 Bitboard InFrontBB[2][8];
  46 Bitboard StepAttacksBB[16][64];
  47 Bitboard BetweenBB[64][64];
  48 Bitboard SquaresInFrontMask[2][64];
  49 Bitboard PassedPawnMask[2][64];
  50 Bitboard AttackSpanMask[2][64];
  51 Bitboard PseudoAttacks[6][64];
  52
  53 uint8_t BitCount8Bit[256];
  54 int SquareDistance[64][64];
  55
  56 namespace {
  57
  58   CACHE_LINE_ALIGNMENT
  59
  60   int BSFTable[64];
  61   int MS1BTable[256];
  62   Bitboard RTable[0x19000]; // Storage space for rook attacks
  63   Bitboard BTable[0x1480];  // Storage space for bishop attacks
  64
  65   typedef unsigned (Fn)(Square, Bitboard);
  66
  67   void init_magics(Bitboard table[], Bitboard* attacks[], Bitboard magics[],
  68                    Bitboard masks[], unsigned shifts[], Square deltas[], Fn index);
  69 }
  70
  71 /// first_1() finds the least significant nonzero bit in a nonzero bitboard.
  72 /// pop_1st_bit() finds and clears the least significant nonzero bit in a
  73 /// nonzero bitboard.
  74
  75 #if defined(IS_64BIT) && !defined(USE_BSFQ)
  76
  77 Square first_1(Bitboard b) {
  78   return Square(BSFTable[((b & -b) * 0x218A392CD3D5DBFULL) >> 58]);
  79 }
  80
  81 Square pop_1st_bit(Bitboard* b) {
  82   Bitboard bb = *b;
  83   *b &= (*b - 1);
  84   return Square(BSFTable[((bb & -bb) * 0x218A392CD3D5DBFULL) >> 58]);
  85 }
  86
  87 #elif !defined(USE_BSFQ)
  88
  89 Square first_1(Bitboard b) {
  90   b ^= (b - 1);
  91   uint32_t fold = unsigned(b) ^ unsigned(b >> 32);
  92   return Square(BSFTable[(fold * 0x783A9B23) >> 26]);
  93 }
  94
  95 // Use type-punning
  96 union b_union {
  97
  98     Bitboard dummy;
  99     struct {
 100 #if defined (BIGENDIAN)
 101         uint32_t h;
 102         uint32_t l;
 103 #else
 104         uint32_t l;
 105         uint32_t h;
 106 #endif
 107     } b;
 108 };
 109
 110 Square pop_1st_bit(Bitboard* b) {
 111
 112    const b_union u = *((b_union*)b);
 113
 114    if (u.b.l)
 115    {
 116        ((b_union*)b)->b.l = u.b.l & (u.b.l - 1);
 117        return Square(BSFTable[((u.b.l ^ (u.b.l - 1)) * 0x783A9B23) >> 26]);
 118    }
 119
 120    ((b_union*)b)->b.h = u.b.h & (u.b.h - 1);
 121    return Square(BSFTable[((~(u.b.h ^ (u.b.h - 1))) * 0x783A9B23) >> 26]);
 122 }
 123
 124 Square last_1(Bitboard b) {
 125
 126   unsigned b32;
 127   int result = 0;
 128
 129   if (b > 0xFFFFFFFF)
 130   {
 131       b >>= 32;
 132       result = 32;
 133   }
 134
 135   b32 = unsigned(b);
 136
 137   if (b32 > 0xFFFF)
 138   {
 139       b32 >>= 16;
 140       result += 16;
 141   }
 142
 143   if (b32 > 0xFF)
 144   {
 145       b32 >>= 8;
 146       result += 8;
 147   }
 148
 149   return Square(result + MS1BTable[b32]);
 150 }
 151
 152 #endif // !defined(USE_BSFQ)
 153
 154
 155 /// Bitboards::print() prints a bitboard in an easily readable format to the
 156 /// standard output. This is sometimes useful for debugging.
 157
 158 void Bitboards::print(Bitboard b) {
 159
 160   for (Rank rank = RANK_8; rank >= RANK_1; rank--)
 161   {
 162       std::cout << "+---+---+---+---+---+---+---+---+" << '\n';
 163
 164       for (File file = FILE_A; file <= FILE_H; file++)
 165           std::cout << "| " << ((b & make_square(file, rank)) ? "X " : "  ");
 166
 167       std::cout << "|\n";
 168   }
 169   std::cout << "+---+---+---+---+---+---+---+---+" << std::endl;
 170 }
 171
 172
 173 /// Bitboards::init() initializes various bitboard arrays. It is called during
 174 /// program initialization.
 175
 176 void Bitboards::init() {
 177
 178   for (int k = 0, i = 0; i < 8; i++)
 179       while (k < (2 << i))
 180           MS1BTable[k++] = i;
 181
 182   for (Bitboard b = 0; b < 256; b++)
 183       BitCount8Bit[b] = (uint8_t)popcount<Max15>(b);
 184
 185   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
 186       SquareBB[s] = 1ULL << s;
 187
 188   FileBB[FILE_A] = FileABB;
 189   RankBB[RANK_1] = Rank1BB;
 190
 191   for (int f = FILE_B; f <= FILE_H; f++)
 192   {
 193       FileBB[f] = FileBB[f - 1] << 1;
 194       RankBB[f] = RankBB[f - 1] << 8;
 195   }
 196
 197   for (int f = FILE_A; f <= FILE_H; f++)
 198   {
 199       AdjacentFilesBB[f] = (f > FILE_A ? FileBB[f - 1] : 0) | (f < FILE_H ? FileBB[f + 1] : 0);
 200       ThisAndAdjacentFilesBB[f] = FileBB[f] | AdjacentFilesBB[f];
 201   }
 202
 203   for (int rw = RANK_7, rb = RANK_2; rw >= RANK_1; rw--, rb++)
 204   {
 205       InFrontBB[WHITE][rw] = InFrontBB[WHITE][rw + 1] | RankBB[rw + 1];
 206       InFrontBB[BLACK][rb] = InFrontBB[BLACK][rb - 1] | RankBB[rb - 1];
 207   }
 208
 209   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
 210       for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
 211       {
 212           SquaresInFrontMask[c][s] = in_front_bb(c, s) & file_bb(s);
 213           PassedPawnMask[c][s]     = in_front_bb(c, s) & this_and_adjacent_files_bb(file_of(s));
 214           AttackSpanMask[c][s]     = in_front_bb(c, s) & adjacent_files_bb(file_of(s));
 215       }
 216
 217   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; s1++)
 218       for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; s2++)
 219           SquareDistance[s1][s2] = std::max(file_distance(s1, s2), rank_distance(s1, s2));
 220
 221   for (int i = 0; i < 64; i++)
 222       if (!Is64Bit) // Matt Taylor's folding trick for 32 bit systems
 223       {
 224           Bitboard b = 1ULL << i;
 225           b ^= b - 1;
 226           b ^= b >> 32;
 227           BSFTable[(uint32_t)(b * 0x783A9B23) >> 26] = i;
 228       }
 229       else
 230           BSFTable[((1ULL << i) * 0x218A392CD3D5DBFULL) >> 58] = i;
 231
 232   int steps[][9] = { {}, { 7, 9 }, { 17, 15, 10, 6, -6, -10, -15, -17 },
 233                      {}, {}, {}, { 9, 7, -7, -9, 8, 1, -1, -8 } };
 234
 235   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
 236       for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
 237           for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
 238               for (int k = 0; steps[pt][k]; k++)
 239               {
 240                   Square to = s + Square(c == WHITE ? steps[pt][k] : -steps[pt][k]);
 241
 242                   if (is_ok(to) && square_distance(s, to) < 3)
 243                       StepAttacksBB[make_piece(c, pt)][s] |= to;
 244               }
 245
 246   Square RDeltas[] = { DELTA_N,  DELTA_E,  DELTA_S,  DELTA_W  };
 247   Square BDeltas[] = { DELTA_NE, DELTA_SE, DELTA_SW, DELTA_NW };
 248
 249   init_magics(RTable, RAttacks, RMagics, RMasks, RShifts, RDeltas, magic_index<ROOK>);
 250   init_magics(BTable, BAttacks, BMagics, BMasks, BShifts, BDeltas, magic_index<BISHOP>);
 251
 252   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
 253   {
 254       PseudoAttacks[BISHOP][s] = attacks_bb<BISHOP>(s, 0);
 255       PseudoAttacks[ROOK][s]   = attacks_bb<ROOK>(s, 0);
 256       PseudoAttacks[QUEEN][s]  = PseudoAttacks[BISHOP][s] | PseudoAttacks[ROOK][s];
 257   }
 258
 259   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; s1++)
 260       for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; s2++)
 261           if (PseudoAttacks[QUEEN][s1] & s2)
 262           {
 263               Square delta = (s2 - s1) / square_distance(s1, s2);
 264
 265               for (Square s = s1 + delta; s != s2; s += delta)
 266                   BetweenBB[s1][s2] |= s;
 267           }
 268 }
 269
 270
 271 namespace {
 272
 273   Bitboard sliding_attack(Square deltas[], Square sq, Bitboard occupied) {
 274
 275     Bitboard attack = 0;
 276
 277     for (int i = 0; i < 4; i++)
 278         for (Square s = sq + deltas[i];
 279              is_ok(s) && square_distance(s, s - deltas[i]) == 1;
 280              s += deltas[i])
 281         {
 282             attack |= s;
 283
 284             if (occupied & s)
 285                 break;
 286         }
 287
 288     return attack;
 289   }
 290
 291
 292   Bitboard pick_random(Bitboard mask, RKISS& rk, int booster) {
 293
 294     Bitboard magic;
 295
 296     // Values s1 and s2 are used to rotate the candidate magic of a
 297     // quantity known to be the optimal to quickly find the magics.
 298     int s1 = booster & 63, s2 = (booster >> 6) & 63;
 299
 300     while (true)
 301     {
 302         magic = rk.rand<Bitboard>();
 303         magic = (magic >> s1) | (magic << (64 - s1));
 304         magic &= rk.rand<Bitboard>();
 305         magic = (magic >> s2) | (magic << (64 - s2));
 306         magic &= rk.rand<Bitboard>();
 307
 308         if (BitCount8Bit[(mask * magic) >> 56] >= 6)
 309             return magic;
 310     }
 311   }
 312
 313
 314   // init_magics() computes all rook and bishop attacks at startup. Magic
 315   // bitboards are used to look up attacks of sliding pieces. As a reference see
 316   // chessprogramming.wikispaces.com/Magic+Bitboards. In particular, here we
 317   // use the so called "fancy" approach.
 318
 319   void init_magics(Bitboard table[], Bitboard* attacks[], Bitboard magics[],
 320                    Bitboard masks[], unsigned shifts[], Square deltas[], Fn index) {
 321
 322     int MagicBoosters[][8] = { { 3191, 2184, 1310, 3618, 2091, 1308, 2452, 3996 },
 323                                { 1059, 3608,  605, 3234, 3326,   38, 2029, 3043 } };
 324     RKISS rk;
 325     Bitboard occupancy[4096], reference[4096], edges, b;
 326     int i, size, booster;
 327
 328     // attacks[s] is a pointer to the beginning of the attacks table for square 's'
 329     attacks[SQ_A1] = table;
 330
 331     for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
 332     {
 333         // Board edges are not considered in the relevant occupancies
 334         edges = ((Rank1BB | Rank8BB) & ~rank_bb(s)) | ((FileABB | FileHBB) & ~file_bb(s));
 335
 336         // Given a square 's', the mask is the bitboard of sliding attacks from
 337         // 's' computed on an empty board. The index must be big enough to contain
 338         // all the attacks for each possible subset of the mask and so is 2 power
 339         // the number of 1s of the mask. Hence we deduce the size of the shift to
 340         // apply to the 64 or 32 bits word to get the index.
 341         masks[s]  = sliding_attack(deltas, s, 0) & ~edges;
 342         shifts[s] = (Is64Bit ? 64 : 32) - popcount<Max15>(masks[s]);
 343
 344         // Use Carry-Rippler trick to enumerate all subsets of masks[s] and
 345         // store the corresponding sliding attack bitboard in reference[].
 346         b = size = 0;
 347         do {
 348             occupancy[size] = b;
 349             reference[size++] = sliding_attack(deltas, s, b);
 350             b = (b - masks[s]) & masks[s];
 351         } while (b);
 352
 353         // Set the offset for the table of the next square. We have individual
 354         // table sizes for each square with "Fancy Magic Bitboards".
 355         if (s < SQ_H8)
 356             attacks[s + 1] = attacks[s] + size;
 357
 358         booster = MagicBoosters[Is64Bit][rank_of(s)];
 359
 360         // Find a magic for square 's' picking up an (almost) random number
 361         // until we find the one that passes the verification test.
 362         do {
 363             magics[s] = pick_random(masks[s], rk, booster);
 364             memset(attacks[s], 0, size * sizeof(Bitboard));
 365
 366             // A good magic must map every possible occupancy to an index that
 367             // looks up the correct sliding attack in the attacks[s] database.
 368             // Note that we build up the database for square 's' as a side
 369             // effect of verifying the magic.
 370             for (i = 0; i < size; i++)
 371             {
 372                 Bitboard& attack = attacks[s][index(s, occupancy[i])];
 373
 374                 if (attack && attack != reference[i])
 375                     break;
 376
 377                 attack = reference[i];
 378             }
 379         } while (i != size);
 380     }
 381   }
 382 }