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