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 <cstring>
  21 #include <iostream>
  22
  23 #include "bitboard.h"
  24 #include "bitcount.h"
  25 #include "rkiss.h"
  26
  27 // Global bitboards definitions with static storage duration are
  28 // automatically set to zero before enter main().
  29 Bitboard RMask[64];
  30 Bitboard RMult[64];
  31 Bitboard* RAttacks[64];
  32 int RShift[64];
  33
  34 Bitboard BMask[64];
  35 Bitboard BMult[64];
  36 Bitboard* BAttacks[64];
  37 int BShift[64];
  38
  39 Bitboard SetMaskBB[65];
  40 Bitboard ClearMaskBB[65];
  41
  42 Bitboard SquaresByColorBB[2];
  43 Bitboard FileBB[8];
  44 Bitboard RankBB[8];
  45 Bitboard NeighboringFilesBB[8];
  46 Bitboard ThisAndNeighboringFilesBB[8];
  47 Bitboard InFrontBB[2][8];
  48 Bitboard StepAttacksBB[16][64];
  49 Bitboard BetweenBB[64][64];
  50 Bitboard SquaresInFrontMask[2][64];
  51 Bitboard PassedPawnMask[2][64];
  52 Bitboard AttackSpanMask[2][64];
  53
  54 Bitboard BishopPseudoAttacks[64];
  55 Bitboard RookPseudoAttacks[64];
  56 Bitboard QueenPseudoAttacks[64];
  57
  58 uint8_t BitCount8Bit[256];
  59 int SquareDistance[64][64];
  60
  61 namespace {
  62
  63   CACHE_LINE_ALIGNMENT
  64
  65   int BSFTable[64];
  66   Bitboard RAttacksTable[0x19000];
  67   Bitboard BAttacksTable[0x1480];
  68
  69   void init_sliding_attacks(Bitboard magic[], Bitboard* attack[], Bitboard attTable[],
  70                             Bitboard mask[], int shift[], Square delta[]);
  71 }
  72
  73
  74 /// print_bitboard() prints a bitboard in an easily readable format to the
  75 /// standard output. This is sometimes useful for debugging.
  76
  77 void print_bitboard(Bitboard b) {
  78
  79   for (Rank r = RANK_8; r >= RANK_1; r--)
  80   {
  81       std::cout << "+---+---+---+---+---+---+---+---+" << '\n';
  82       for (File f = FILE_A; f <= FILE_H; f++)
  83           std::cout << "| " << (bit_is_set(b, make_square(f, r)) ? "X " : "  ");
  84
  85       std::cout << "|\n";
  86   }
  87   std::cout << "+---+---+---+---+---+---+---+---+" << std::endl;
  88 }
  89
  90
  91 /// first_1() finds the least significant nonzero bit in a nonzero bitboard.
  92 /// pop_1st_bit() finds and clears the least significant nonzero bit in a
  93 /// nonzero bitboard.
  94
  95 #if defined(IS_64BIT) && !defined(USE_BSFQ)
  96
  97 Square first_1(Bitboard b) {
  98   return Square(BSFTable[((b & -b) * 0x218A392CD3D5DBFULL) >> 58]);
  99 }
 100
 101 Square pop_1st_bit(Bitboard* b) {
 102   Bitboard bb = *b;
 103   *b &= (*b - 1);
 104   return Square(BSFTable[((bb & -bb) * 0x218A392CD3D5DBFULL) >> 58]);
 105 }
 106
 107 #elif !defined(USE_BSFQ)
 108
 109 Square first_1(Bitboard b) {
 110   b ^= (b - 1);
 111   uint32_t fold = unsigned(b) ^ unsigned(b >> 32);
 112   return Square(BSFTable[(fold * 0x783A9B23) >> 26]);
 113 }
 114
 115 // Use type-punning
 116 union b_union {
 117
 118     Bitboard b;
 119     struct {
 120 #if defined (BIGENDIAN)
 121         uint32_t h;
 122         uint32_t l;
 123 #else
 124         uint32_t l;
 125         uint32_t h;
 126 #endif
 127     } dw;
 128 };
 129
 130 Square pop_1st_bit(Bitboard* bb) {
 131
 132    b_union u;
 133    Square ret;
 134
 135    u.b = *bb;
 136
 137    if (u.dw.l)
 138    {
 139        ret = Square(BSFTable[((u.dw.l ^ (u.dw.l - 1)) * 0x783A9B23) >> 26]);
 140        u.dw.l &= (u.dw.l - 1);
 141        *bb = u.b;
 142        return ret;
 143    }
 144    ret = Square(BSFTable[((~(u.dw.h ^ (u.dw.h - 1))) * 0x783A9B23) >> 26]);
 145    u.dw.h &= (u.dw.h - 1);
 146    *bb = u.b;
 147    return ret;
 148 }
 149
 150 #endif // !defined(USE_BSFQ)
 151
 152
 153 /// init_bitboards() initializes various bitboard arrays. It is called during
 154 /// program initialization.
 155
 156 void init_bitboards() {
 157
 158   for (Bitboard b = 0; b < 256; b++)
 159       BitCount8Bit[b] = (uint8_t)count_1s<CNT32_MAX15>(b);
 160
 161   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; s1++)
 162       for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; s2++)
 163           SquareDistance[s1][s2] = Max(file_distance(s1, s2), rank_distance(s1, s2));
 164
 165   SquaresByColorBB[DARK]  =  0xAA55AA55AA55AA55ULL;
 166   SquaresByColorBB[LIGHT] = ~SquaresByColorBB[DARK];
 167
 168   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
 169   {
 170       SetMaskBB[s] = 1ULL << s;
 171       ClearMaskBB[s] = ~SetMaskBB[s];
 172   }
 173
 174   ClearMaskBB[SQ_NONE] = ~EmptyBoardBB;
 175
 176   FileBB[FILE_A] = FileABB;
 177   RankBB[RANK_1] = Rank1BB;
 178
 179   for (int f = FILE_B; f <= FILE_H; f++)
 180   {
 181       FileBB[f] = FileBB[f - 1] << 1;
 182       RankBB[f] = RankBB[f - 1] << 8;
 183   }
 184
 185   for (int f = FILE_A; f <= FILE_H; f++)
 186   {
 187       NeighboringFilesBB[f] = (f > FILE_A ? FileBB[f - 1] : 0) | (f < FILE_H ? FileBB[f + 1] : 0);
 188       ThisAndNeighboringFilesBB[f] = FileBB[f] | NeighboringFilesBB[f];
 189   }
 190
 191   for (int rw = RANK_7, rb = RANK_2; rw >= RANK_1; rw--, rb++)
 192   {
 193       InFrontBB[WHITE][rw] = InFrontBB[WHITE][rw + 1] | RankBB[rw + 1];
 194       InFrontBB[BLACK][rb] = InFrontBB[BLACK][rb - 1] | RankBB[rb - 1];
 195   }
 196
 197   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
 198       for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
 199       {
 200           SquaresInFrontMask[c][s] = in_front_bb(c, s) & file_bb(s);
 201           PassedPawnMask[c][s]     = in_front_bb(c, s) & this_and_neighboring_files_bb(s);
 202           AttackSpanMask[c][s]     = in_front_bb(c, s) & neighboring_files_bb(s);
 203       }
 204
 205   for (int i = 0; i < 64; i++)
 206       if (!CpuIs64Bit) // Matt Taylor's folding trick for 32 bit systems
 207       {
 208           Bitboard b = 1ULL << i;
 209           b ^= b - 1;
 210           b ^= b >> 32;
 211           BSFTable[uint32_t(b * 0x783A9B23) >> 26] = i;
 212       }
 213       else
 214           BSFTable[((1ULL << i) * 0x218A392CD3D5DBFULL) >> 58] = i;
 215
 216   int steps[][9] = { {}, { 7, 9 }, { 17, 15, 10, 6, -6, -10, -15, -17 },
 217                      {}, {}, {}, { 9, 7, -7, -9, 8, 1, -1, -8 } };
 218
 219   for (Color c = WHITE; c <= BLACK; c++)
 220       for (PieceType pt = PAWN; pt <= KING; pt++)
 221           for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
 222               for (int k = 0; steps[pt][k]; k++)
 223               {
 224                   Square to = s + Square(c == WHITE ? steps[pt][k] : -steps[pt][k]);
 225
 226                   if (square_is_ok(to) && square_distance(s, to) < 3)
 227                       set_bit(&StepAttacksBB[make_piece(c, pt)][s], to);
 228               }
 229
 230   Square RDelta[] = { DELTA_N,  DELTA_E,  DELTA_S,  DELTA_W  };
 231   Square BDelta[] = { DELTA_NE, DELTA_SE, DELTA_SW, DELTA_NW };
 232
 233   init_sliding_attacks(BMult, BAttacks, BAttacksTable, BMask, BShift, BDelta);
 234   init_sliding_attacks(RMult, RAttacks, RAttacksTable, RMask, RShift, RDelta);
 235
 236   for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
 237   {
 238       BishopPseudoAttacks[s] = bishop_attacks_bb(s, EmptyBoardBB);
 239       RookPseudoAttacks[s]   = rook_attacks_bb(s, EmptyBoardBB);
 240       QueenPseudoAttacks[s]  = queen_attacks_bb(s, EmptyBoardBB);
 241   }
 242
 243   for (Square s1 = SQ_A1; s1 <= SQ_H8; s1++)
 244       for (Square s2 = SQ_A1; s2 <= SQ_H8; s2++)
 245           if (bit_is_set(QueenPseudoAttacks[s1], s2))
 246           {
 247               int f = file_distance(s1, s2);
 248               int r = rank_distance(s1, s2);
 249
 250               Square d = (s2 - s1) / Max(f, r);
 251
 252               for (Square s3 = s1 + d; s3 != s2; s3 += d)
 253                   set_bit(&BetweenBB[s1][s2], s3);
 254           }
 255 }
 256
 257
 258 namespace {
 259
 260   Bitboard sliding_attacks(Square sq, Bitboard occupied, Square delta[]) {
 261
 262     Bitboard attacks = 0;
 263
 264     for (int i = 0; i < 4; i++)
 265     {
 266         Square s = sq + delta[i];
 267
 268         while (square_is_ok(s) && square_distance(s, s - delta[i]) == 1)
 269         {
 270             set_bit(&attacks, s);
 271
 272             if (bit_is_set(occupied, s))
 273                 break;
 274
 275             s += delta[i];
 276         }
 277     }
 278     return attacks;
 279   }
 280
 281   Bitboard pick_magic(Bitboard mask, RKISS& rk, int booster) {
 282
 283     Bitboard magic;
 284
 285     // Values s1 and s2 are used to rotate the candidate magic of a
 286     // quantity known to be the optimal to quickly find the magics.
 287     int s1 = booster & 63, s2 = (booster >> 6) & 63;
 288
 289     while (true)
 290     {
 291         magic = rk.rand<Bitboard>();
 292         magic = (magic >> s1) | (magic << (64 - s1));
 293         magic &= rk.rand<Bitboard>();
 294         magic = (magic >> s2) | (magic << (64 - s2));
 295         magic &= rk.rand<Bitboard>();
 296
 297         if (BitCount8Bit[(mask * magic) >> 56] >= 6)
 298             return magic;
 299     }
 300   }
 301
 302   void init_sliding_attacks(Bitboard magic[], Bitboard* attack[], Bitboard attTable[],
 303                             Bitboard mask[], int shift[], Square delta[]) {
 304
 305     const int  MagicBoosters[][8] = { { 3191, 2184, 1310, 3618, 2091, 1308, 2452, 3996 },
 306                                       { 1059, 3608,  605, 3234, 3326,   38, 2029, 3043 } };
 307     RKISS rk;
 308     Bitboard occupancy[4096], reference[4096], edges, b;
 309     int key, maxKey, index, booster, offset = 0;
 310
 311     for (Square s = SQ_A1; s <= SQ_H8; s++)
 312     {
 313         edges = ((Rank1BB | Rank8BB) & ~rank_bb(s)) | ((FileABB | FileHBB) & ~file_bb(s));
 314
 315         attack[s] = &attTable[offset];
 316         mask[s]   = sliding_attacks(s, EmptyBoardBB, delta) & ~edges;
 317         shift[s]  = (CpuIs64Bit ? 64 : 32) - count_1s<CNT32_MAX15>(mask[s]);
 318
 319         // Use Carry-Rippler trick to enumerate all subsets of mask[s]
 320         b = maxKey = 0;
 321         do {
 322             occupancy[maxKey] = b;
 323             reference[maxKey++] = sliding_attacks(s, b, delta);
 324             b = (b - mask[s]) & mask[s];
 325         } while (b);
 326
 327         offset += maxKey;
 328         booster = MagicBoosters[CpuIs64Bit][rank_of(s)];
 329
 330         // Then find a possible magic and the corresponding attacks
 331         do {
 332             magic[s] = pick_magic(mask[s], rk, booster);
 333             memset(attack[s], 0, maxKey * sizeof(Bitboard));
 334
 335             for (key = 0; key < maxKey; key++)
 336             {
 337                 index = CpuIs64Bit ? unsigned((occupancy[key] * magic[s]) >> shift[s])
 338                                    : unsigned(occupancy[key] * magic[s] ^ (occupancy[key] >> 32) * (magic[s] >> 32)) >> shift[s];
 339
 340                 if (!attack[s][index])
 341                     attack[s][index] = reference[key];
 342
 343                 else if (attack[s][index] != reference[key])
 344                     break;
 345             }
 346         } while (key != maxKey);
 347     }
 348   }
 349 }