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 <iostream>
  23
  24 #include "bitboard.h"
  25 #include "bitcount.h"
  26 #include "misc.h"
  27 #include "rkiss.h"
  28
  29 CACHE_LINE_ALIGNMENT
  30
  31 Bitboard RMasks[SQUARE_NB];
  32 Bitboard RMagics[SQUARE_NB];
  33 Bitboard* RAttacks[SQUARE_NB];
  34 unsigned RShifts[SQUARE_NB];
  35
  36 Bitboard BMasks[SQUARE_NB];
  37 Bitboard BMagics[SQUARE_NB];
  38 Bitboard* BAttacks[SQUARE_NB];
  39 unsigned BShifts[SQUARE_NB];
  40
  41 Bitboard SquareBB[SQUARE_NB];
  42 Bitboard FileBB[FILE_NB];
  43 Bitboard RankBB[RANK_NB];
  44 Bitboard AdjacentFilesBB[FILE_NB];
  45 Bitboard InFrontBB[COLOR_NB][RANK_NB];
  46 Bitboard StepAttacksBB[PIECE_NB][SQUARE_NB];
  47 Bitboard BetweenBB[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
  48 Bitboard LineBB[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
  49 Bitboard DistanceRingsBB[SQUARE_NB][8];
  50 Bitboard ForwardBB[COLOR_NB][SQUARE_NB];
  51 Bitboard PassedPawnMask[COLOR_NB][SQUARE_NB];
  52 Bitboard PawnAttackSpan[COLOR_NB][SQUARE_NB];
  53 Bitboard PseudoAttacks[PIECE_TYPE_NB][SQUARE_NB];
  54
  55 int SquareDistance[SQUARE_NB][SQUARE_NB];
  56
  57 namespace {
  58
  59   // De Bruijn sequences. See chessprogramming.wikispaces.com/BitScan
  60   const uint64_t DeBruijn_64 = 0x3F79D71B4CB0A89ULL;
  61   const uint32_t DeBruijn_32 = 0x783A9B23;
  62
  63   CACHE_LINE_ALIGNMENT
  64
  65   int MS1BTable[256];
  66   Square BSFTable[SQUARE_NB];
  67   Bitboard RTable[0x19000]; // Storage space for rook attacks
  68   Bitboard BTable[0x1480];  // Storage space for bishop attacks
  69
  70   typedef unsigned (Fn)(Square, Bitboard);
  71
  72   void init_magics(Bitboard table[], Bitboard* attacks[], Bitboard magics[],
  73                    Bitboard masks[], unsigned shifts[], Square deltas[], Fn index);
  74
  75   FORCE_INLINE unsigned bsf_index(Bitboard b) {
  76
  77     // Matt Taylor's folding for 32 bit systems, extended to 64 bits by Kim Walisch
  78     b ^= (b - 1);
  79     return Is64Bit ? (b * DeBruijn_64) >> 58
  80                    : ((unsigned(b) ^ unsigned(b >> 32)) * DeBruijn_32) >> 26;
  81   }
  82 }
  83
  84 /// lsb()/msb() finds the least/most significant bit in a nonzero bitboard.
  85 /// pop_lsb() finds and clears the least significant bit in a nonzero bitboard.
  86
  87 #ifndef USE_BSFQ
  88
  89 Square lsb(Bitboard b) { return BSFTable[bsf_index(b)]; }
  90
  91 Square pop_lsb(Bitboard* b) {
  92
  93   Bitboard bb = *b;
  94   *b = bb & (bb - 1);
  95   return BSFTable[bsf_index(bb)];
  96 }
  97
  98 Square msb(Bitboard b) {
  99
 100   unsigned b32;
 101   int result = 0;
 102
 103   if (b > 0xFFFFFFFF)
 104   {
 105       b >>= 32;
 106       result = 32;
 107   }
 108
 109   b32 = unsigned(b);
 110
 111   if (b32 > 0xFFFF)
 112   {
 113       b32 >>= 16;
 114       result += 16;
 115   }
 116
 117   if (b32 > 0xFF)
 118   {
 119       b32 >>= 8;
 120       result += 8;
 121   }
 122
 123   return (Square)(result + MS1BTable[b32]);
 124 }
 125
 126 #endif // ifndef USE_BSFQ
 127
 128
 129 /// Bitboards::print() prints a bitboard in an easily readable format to the
 130 /// standard output. This is sometimes useful for debugging.
 131
 132 void Bitboards::print(Bitboard b) {
 133
 134   sync_cout;
 135
 136   for (Rank rank = RANK_8; rank >= RANK_1; --rank)
 137   {
 138       std::cout << "+---+---+---+---+---+---+---+---+" << '\n';
 139
 140       for (File file = FILE_A; file <= FILE_H; ++file)
 141           std::cout << "| " << (b & (file | rank) ? "X " : "  ");
 142
 143       std::cout << "|\n";
 144   }
 145   std::cout << "+---+---+---+---+---+---+---+---+" << sync_endl;
 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 k = 0; steps[pt][k]; ++k)
 202               {
 203                   Square to = s + Square(c == WHITE ? steps[pt][k] : -steps[pt][k]);
 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 s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
 216   {
 217       PseudoAttacks[QUEEN][s]  = PseudoAttacks[BISHOP][s] = attacks_bb<BISHOP>(s, 0);
 218       PseudoAttacks[QUEEN][s] |= PseudoAttacks[  ROOK][s] = attacks_bb<  ROOK>(s, 0);
 219   }
 220
 221   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; ++s1)
 222       for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; ++s2)
 223           if (PseudoAttacks[QUEEN][s1] & s2)
 224           {
 225               Square delta = (s2 - s1) / square_distance(s1, s2);
 226
 227               for (Square s = s1 + delta; s != s2; s += delta)
 228                   BetweenBB[s1][s2] |= s;
 229
 230               PieceType pt = (PseudoAttacks[BISHOP][s1] & s2) ? BISHOP : ROOK;
 231               LineBB[s1][s2] = (PseudoAttacks[pt][s1] & PseudoAttacks[pt][s2]) | s1 | s2;
 232           }
 233 }
 234
 235
 236 namespace {
 237
 238   Bitboard sliding_attack(Square deltas[], Square sq, Bitboard occupied) {
 239
 240     Bitboard attack = 0;
 241
 242     for (int i = 0; i < 4; ++i)
 243         for (Square s = sq + deltas[i];
 244              is_ok(s) && square_distance(s, s - deltas[i]) == 1;
 245              s += deltas[i])
 246         {
 247             attack |= s;
 248
 249             if (occupied & s)
 250                 break;
 251         }
 252
 253     return attack;
 254   }
 255
 256
 257   Bitboard pick_random(RKISS& rk, int booster) {
 258
 259     // Values s1 and s2 are used to rotate the candidate magic of a
 260     // quantity known to be the optimal to quickly find the magics.
 261     int s1 = booster & 63, s2 = (booster >> 6) & 63;
 262
 263     Bitboard m = rk.rand<Bitboard>();
 264     m = (m >> s1) | (m << (64 - s1));
 265     m &= rk.rand<Bitboard>();
 266     m = (m >> s2) | (m << (64 - s2));
 267     return m & rk.rand<Bitboard>();
 268   }
 269
 270
 271   // init_magics() computes all rook and bishop attacks at startup. Magic
 272   // bitboards are used to look up attacks of sliding pieces. As a reference see
 273   // chessprogramming.wikispaces.com/Magic+Bitboards. In particular, here we
 274   // use the so called "fancy" approach.
 275
 276   void init_magics(Bitboard table[], Bitboard* attacks[], Bitboard magics[],
 277                    Bitboard masks[], unsigned shifts[], Square deltas[], Fn index) {
 278
 279     int MagicBoosters[][8] = { { 3191, 2184, 1310, 3618, 2091, 1308, 2452, 3996 },
 280                                { 1059, 3608,  605, 3234, 3326,   38, 2029, 3043 } };
 281     RKISS rk;
 282     Bitboard occupancy[4096], reference[4096], edges, b;
 283     int i, size, booster;
 284
 285     // attacks[s] is a pointer to the beginning of the attacks table for square 's'
 286     attacks[SQ_A1] = table;
 287
 288     for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; ++s)
 289     {
 290         // Board edges are not considered in the relevant occupancies
 291         edges = ((Rank1BB | Rank8BB) & ~rank_bb(s)) | ((FileABB | FileHBB) & ~file_bb(s));
 292
 293         // Given a square 's', the mask is the bitboard of sliding attacks from
 294         // 's' computed on an empty board. The index must be big enough to contain
 295         // all the attacks for each possible subset of the mask and so is 2 power
 296         // the number of 1s of the mask. Hence we deduce the size of the shift to
 297         // apply to the 64 or 32 bits word to get the index.
 298         masks[s]  = sliding_attack(deltas, s, 0) & ~edges;
 299         shifts[s] = (Is64Bit ? 64 : 32) - popcount<Max15>(masks[s]);
 300
 301         // Use Carry-Rippler trick to enumerate all subsets of masks[s] and
 302         // store the corresponding sliding attack bitboard in reference[].
 303         b = size = 0;
 304         do {
 305             occupancy[size] = b;
 306             reference[size++] = sliding_attack(deltas, s, b);
 307             b = (b - masks[s]) & masks[s];
 308         } while (b);
 309
 310         // Set the offset for the table of the next square. We have individual
 311         // table sizes for each square with "Fancy Magic Bitboards".
 312         if (s < SQ_H8)
 313             attacks[s + 1] = attacks[s] + size;
 314
 315         booster = MagicBoosters[Is64Bit][rank_of(s)];
 316
 317         // Find a magic for square 's' picking up an (almost) random number
 318         // until we find the one that passes the verification test.
 319         do {
 320             do magics[s] = pick_random(rk, booster);
 321             while (popcount<Max15>((magics[s] * masks[s]) >> 56) < 6);
 322
 323             std::memset(attacks[s], 0, size * sizeof(Bitboard));
 324
 325             // A good magic must map every possible occupancy to an index that
 326             // looks up the correct sliding attack in the attacks[s] database.
 327             // Note that we build up the database for square 's' as a side
 328             // effect of verifying the magic.
 329             for (i = 0; i < size; ++i)
 330             {
 331                 Bitboard& attack = attacks[s][index(s, occupancy[i])];
 332
 333                 if (attack && attack != reference[i])
 334                     break;
 335
 336                 assert(reference[i] != 0);
 337
 338                 attack = reference[i];
 339             }
 340         } while (i != size);
 341     }
 342   }
 343 }